LInux多进程开发II

1.进程间通信。

• 进程是独立的资源分配单元，不同进程之间的资源是独立的，没有关联，不能在一个进程中直接访问另一个进程的资源。
• 进程之间可以进行信息的交互和状态的传递，称为进程间通信（IPC：Inter Processes Communication）。
• 进程间通信：数据传输、通知时间、资源共享、进程控制。

2.进程通信方式。

• 同一主机进程通信。匿名管道、有名管道、信号、消息队列、共享内存、信号量。
• 不同主机（网络）通信。Socket。

3.匿名管道。

• Unix系统进程间通信。
• 管道是在内核内存中维护的缓冲区，不同的操作系统大小不同。
• 管道拥有文件的特质：读写操作。匿名管道没有文件实体；有名管道有文件实体，但不存储数据。管道的两端可以分别用两个文件描述符表示。可以用操作文件的方式对管道进行操作。
• 一个管道是一个字节流，使用管道不存在消息或消息边界的概念，从管道读取数据的进程可以读取任意大小的数据块，而不管写入进程写入管道的数据块大小是多少。
• 通过管道传递的数据是顺序的，从管道读取出来的字节的顺序和被写入管道的顺序完全一致。
• 管道的数据传递方向是单向的，一端用于写入，一端用于读取，管道是半双工的。
• 从管道读数据是一次性操作，数据一旦被读走就被从管道中抛弃并释放空间可以写入更多的数据。在管道中无法使用lseek()来随机访问数据。
• 匿名管道只能在具有公共祖先的进程之间使用。子进程通过fork()创建出来与父进程共享文件描述符，因此可以根据相同的文件描述符进行通信。
• 实现：循环数组。由两个文件描述符标志分别读写位置。

4.实现匿名管道。

#include <unistd.h>
int pipe(int pipedfd[2]);
    - 作用：创建一个匿名管道，用来进程间通信。
    - pipefd[2]: 传出参数。pipefd[0]，对应管道的读端；pipefd[1]，对应管道的写端。
    - 返回值：成功返回0，失败返回1。
 
注意：
1.匿名管道只用于具有关系的进程之间的通信。
2.管道默认是阻塞的，如果管道中没有数据，read阻塞；如果管道满了，write阻塞。
 
# 查看管道缓冲大小命令
$ ulimit -a
 
# 查看管道缓冲大小函数
#include <unistd.h>
long fpathconf(int fd, int name);
long size = fpathcong(pipefd[0], _PC_PIPE_BUF);

 

注意：实现管道通信，一般只会有一个方向的通信，从进程a传数据到进程b，或者从进程b传数据到进程a。因为如果进程a,b互相传数据的话，可能会造成后果：a写入管道的数据又被a自己读去了，b写入管道的数据也可能被b进程读去了。所以在实现管道时，往管道写入数据的进程会关闭读端close(pipefd[0])；而往管道读数据的进程会关闭管道写端close(pipefd[1])。

 

5.管道的读写特点：使用管道时，有以下几种特殊情况（假设都是阻塞IO操作）

• 所有指向管道写端的文件描述符都关闭了（管道写端引用计数为0），有进程从管道的读端读取数据，那么管道中剩余的数据被读取之后，再次read会返回0，就像读到文件末尾一样。
• 如果有指向管道写端的文件描述符没有关闭（管道写端引用计数大于0），而持有管道写端的进程没有往管道中写数据，这个时候若有进程从管道中读取数据，那么管道中剩余的数据被读取之后，再次read会阻塞，直到管道中有数据可以读了才读取数据并返回。
• 所有指向管道读端的文件描述符都关闭了（管道读端引用计数为0），这个时候有进程往管道中写数据，那么该进程会受到一个信号SIGPIPE，通常会导致进程终止。
• 如果有指向管道读端的文件描述符没有关闭（管道读端引用技术大于0），而持有管道读端的进程也没有从管道读数据，这时有进程向管道写数据，那么管道在被写满的时候再次write阻塞，直到管道中有空位置能再次写入数据并返回。

总结：

    读管道：

        1. 管道中有数据，read返回实际读到的字节数。

        2. 管道中无数据：a. 写端全关闭，read返回0；b. 写端没有完全关闭，read阻塞等待。

    写管道：

        1. 管道读端全部关闭，进程异常终止（进程受到SIGPIPE信号）。

        2. 管道读端没有全部关闭：a. 管道已满，write阻塞；b. 管道没有满，write写入数据，并返回实际写入的字节数。

 

6.设置管道非阻塞。

int flags = fcntl(fd[0], F_GETFL);       # 获取原来的flag
flags |= O_NONBLOCK;                     # 修改flag的值
fcntl(fd[0], F_SETFL, flags);            # 设置新的flag

 

7.有名管道（FIFO）。

• 有名管道提供了一个路径名与之关联（即：有一个实体文件），以FIFO的文件形式存在与文件系统中。其打开方式与打开普通文件一样，因此通过访问该路径即可通过FIFO通信。
• 与匿名管道的区别：1. FIFO有文件实体，但是其内容存放于内存中；2. 当使用FIFO的进程退出后，FIFO文件继续保存在文件系统中之后可以继续使用；3. FIFO有名字，不相关的进程可以通过打开有名管道进行通信。

 

8.实现有名管道。

# 创建管道命令
mkfifo 名字
 
# 通过函数创建，创建FIFO之后文件IO函数（open、read、write、close）都可用于FIFO
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
    - pathname: 管道名称的路径
    - mode: 文件的权限
    - 返回值： 成功返回0，失败返回-1并设置errno

 

注意：

    1.一个为打开管道的只读进程会阻塞，直到另一个只写进程打开管道；

    2.一个为打开管道的只写进程会阻塞，直到另一个只读进程打开管道；

读管道：

    管道中有数据：read返回实际读到的字节数；

    管道中无数据：a.管道写端被全部关闭，read返回0；b.写端没有全部被关闭，read阻塞等待

写管道：

    管道读端被全部关闭，进程异常终止（收到一个SIGPIPE信号）；

    管道读端没有全部关闭：a.管道已满，write阻塞；b.管道没满，write写入数据，并返回实际写入的字节数

 

9.内存映射。将磁盘文件的数据映射到内存中，程序可以通过修改内存就能修改磁盘文件。

• 同一个文件可以映射到不同进程的虚拟内存空间，因此某个进程修改内存后，系统会同步文件的修改，则另一个将内存映射到文件的进程即可收到消息。
• 可以实现进程间通信：1.有关系的进程（父子进程）；2.没有关系的进程间通信。
• 内存映射区通信是非阻塞的。

#include <sys/mman.h>
void mmap(coid *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
    - 作用：将一个文件或者设备的数据映射到内存中
    - addr: NULL，由内核指定
    - length: 要映射的数据的长度，这个值不能为0，建议使用文件的长度，使用stat或者lseek获取文件的长度
    - prot: 对申请的内存映射区的操作权限，PROT_EXEC 可执行权限；PROT_READ 读权限；PROT_WRITE 写权限；PROT_NONE 没有权限
    - flags: MAP_SHARED 映射区的数据会自动和磁盘文件进行同步，进程间通信，必须设置这个选项；MAP_PRIVATE 不同步，内存映射区的数据改变了，对原文件不会修改，会创建一个新的文件（copy on write）
    - fd: 需要映射的文件的文件描述符，通过open()得到，文件大小要>0
    - offset: 偏移量，4k的整数倍，0表示不偏移
    - 返回值：成功返回创建的内存的首地址，失败返回MAP_FAILED ((void *) -1)
 
int munmap(void *addr, size_t length);
    - 作用：释放内存映射
    - addr: 要释放的内存地址
    - length: 要释放的内存的大小，和mmap参数的length一样

　　

10.使用内存映射实现进程间通信：

• 有关系的进程（父子进程）

             - 还没有子进程的时候

                    - 通过唯一的父进程，先创建内存映射区

             - 有了内存映射区后，创建子进程

             - 父子进程共享创建的内存映射区

• 没有关系的进程间通信

             - 准备一个大小不是0 的磁盘文件

             - 进程1 通过磁盘文件创建内存映射区

                    - 得到一个操作这块内存的指针

             - 进程2 通过磁盘文件创建内存映射区

                    - 得到一个操作这块内存的指针

             - 使用内存映射区通信

11.内存映射的注意事项。

• 如果对mmap的返回值（ptr）做++操作（ptr++），munmap是否能成功？

void *ptr = mmap(...);
ptr++;                    // 可以操作
munmap(ptr, len);         // 错误，应该保存使用之前的地址

• 如果open时O_RDONLY，mmap时prot参数指定PROT_READ|PROT_WRITE会怎样？

错误，返回MAP_FAILD
open()函数的权限要大于等于prot的权限。
e.g.: 
open()读写，prot可以读写/只读/只写
open()只读，prot只能只读

• 如果文件偏移量是1000会怎样？

返回错误MAP_FAILED，偏移量只能是4k的整数倍

• mmap什么情况下会调用失败？

1. 第二个该参数length = 0
2. 第三个参数 prot 只有写权限
3. 第三个参数有 PROT_READ | PROT_WRITE 权限，而第五个参数fd通过open打开时的权限是O_RDONLY / O_WRONLY（内存权限大于文件权限）

• 可以open的时候O_CREAT一个新文件来创建映射区吗？

可以，但是创建的文件大小为0不行，需要对新文件进行扩展（ lseek() / truncate() ）

• mmap后关闭文件描述符，对mmap映射有没有影响？

int fd = open("xxx");
mmap(,,,,fd,0);
close(fd);
映射区还存在，创建营社区的fd被关闭，没有影响。

• 对ptr越界操作会怎么样？

void *ptr = mmap(NULL,100,,,,);
越界操作操作的是非法内存，造成段错误

 

12.匿名映射：不需要文件实体进行一个内存映射。只能用于父子进程间通信。

mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARD | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
文件描述符 fd = -1
prot 要指定为 PROT_ANONYMOUS