一.进程间通讯(Inner-Process Communication)
概述：进程间通讯（IPC）是指在两个或多个不同的进程间传递或者交换信息。
1.进程间通讯：
2.进程间目的：
2.1 数据传递
2.2 状态（事件）通知
2.3 资源同步和互斥
3.进程间通讯方式：
3.1 管道（无名管道/匿名管道piep，命名管道FIFO，标准流管道）；
3.2 共享内存；
3.3 信号量；
3.4 信号（signal）；
3.5 消息队列；
3.6 套接字（socket）；
一、IPC-管道（内核空间内提供的管道）
4.1无名管道（匿名管道）
Linux系统在内核空间创建的一个通讯通道，它具有读，写两端，进程可以通过无名管道进行数据读写；
特点： 1.单向 ，先进先出；
2.一旦管道中的数据被读走，数据就从管道移走了；
3.管道提供了简单的流控制机制，进程试图读取空管道，则进程阻塞，同理，进程想写入满管道，进程阻塞；
PIPE无名管道的创建：int pipe (int fd[2])；
应用场景：无名管道主要应用于具有亲缘关系(父子进程，兄弟进程)的进程之间；
优点：使用非常简单，一旦创建就可以直接获取读写两端的描述符，进行读写操作；
缺点：1.只能用于具有亲缘关系（父子进程，兄弟进程）的进程之间；
2.进程之间往往需要两个管道；
3.管道容量有限（64kb）
用法：
1.父进程创建管道；
2.父进程创建子进程；
3.父进程利用read，write 系统IO函数操作管道；
2021.6.24
4.2有名管道(FIFO)(命名管道)
就是一个特殊文件，在系统的文件结构中会产生相应的文件路径；之所以特殊，主要是因为管道文件中不存储数据，管道数据是存放在内存中；
有名管道(FIFO)特点：
1.单向，先进先出；
2.一旦管道中的数据被读走，数据就从管道移走了；
3.借助于命名管道进行通讯，必须既要有读进程，也要有写进程，否则进程会阻塞；
4.读进程对命名管道的操作会产生如下的情况：
1）管道为空，读进程阻塞
2）管道中的数据小于欲读取的数据，读进程读取到管道数据后，会返回；
3）管道中的数据大于欲读取的数据，读进程读取到欲读取数据后，返回；
5.写进程对命名管道的操作会产生如下情况：
1）管道满了，读进程阻塞；
2）管道中的空间小于欲写入的数据，写进程写入管道数据后，继续阻塞；
3）管道中的空间大于欲读取的数据，写进程写入管道数据，返回；
6.读写进程同时进行，中途有某些进程退出：会产生如下情况：
1）如果退出的是读进程，则写进程会受到SIGPIPE的信号通知，写进程可以执行自己接下来的操作，如果写进程不理会该信号，则写进程会终止写进程；
2）如果退出的是写进程 ，则读进程会 退出；
用法：
1.每个进程先判断管道是否存在，若不存在创建，否则利用open函数打开命名管道；
2.各个进程利用read，write 系统IO函数操作管道；
3.进程利用close函数关闭管道；
命名管道创建int mkfifo(const char* pathname,mode_t mode);
应用场景：有名管道可以用于不相关的进程之间；
操作步骤：
1.open打开命名管道，获取管道描述符；
2.read，write进程管道读写；
3.close关闭管道描述符；
优点：可以使用于不相关的进程之间；
缺点：1.相比于无名管道，操作稍显复杂；
2.进程之间只使用命名管道通讯，往往需要两个管道；
3.管道的容量是有限的，(缺省 64KB)；
4.命名管道容易造新堵塞；
二、共享内存（systemV标准/ posix标准-跨平台）（资源共享）
共享内存是独立于进程地址空间之外的一块物理内存空间。共享内存可以被其他进程共同访问；
优点：1.效率高，IPC通讯方式中最快的一种；
2.容量大；
缺点：1.存在同步问题，需要程序员自己通过信号量 实现同步机制
用法：
1.每个进程创建或者获取共享内存 int shmid = shmget(key,size,IPC_CREAT|0664);
2.每个进程都要映射共享内存到进程地址空间 类型 p = (类型)shmat(shmid,NULL,0);
3.写进程通过 memset ，memcpy，memmove ， *p = val 写入数据到共享内存；
读进程通过 memcpy， val** =*p 从共享内存中获取数据；
4.每个进程早操作完共享内存后，断开映射：shmdt（p）；
5.由最后一个操作共享内存的进程回收共享内存：shmctl (shmid,IPC_RMID,NULL);**
操作步骤：
ipcs -m 查看共享内存
1.申请（创建）共享内存 shmget(key_t ) / shm_open() POSIX
2.共享内存映射 shmat() / attach
3.内存操作
4.共享内存解映射 shmdt() / deattach
5.回收共享内存 shmctl()
申请（创建）共享内存shmget()
共享内存映射 shmat()
共享内存解映射 shmdt()
2021.6.25
回收共享内存 shmctl()
struct shmid_ds
三、信号量（systemV）semaphore
1.信号量：信号量是一个内核变量，本质是一个计数器；利用信号量可以对共享资源(数据)进行受控访问；
信号量：计数器，计数值一旦<0 ，该信号量可以阻塞进程（线程）；
用法：
1.每个进程创建或者获取 信号量集int semid = semget（key，num，IPC_CREAT|0664）；
2.每个进程为信号量设初值**sem_init(int semid,int idex,int val)
3.各个进程在对共享内存访问前，要对信号量做p操作，要根据进程访问共享内存的顺**序合理选择需要做p操作的信号量；
4.各个进程在对共享内存访问后，需对另外的信号量做v操作；
5.由最后一个操作共享内存的进程回收信号量：**semctl(semid,2,PIC_RMID,NULL);**
2.信号量的操作：
1.p操作 给信号量减数(往往是信号量-1)
2.v操作 给信号量加数(往往是信号量+1)
3.信号量操作函数：
1.信号量创建semget()
eg ： int semid = semget(ftok(“/home/ccw”,2),2,IPC_CREAT|0660);// 创建与获取
2.信号量操作(pv)：int semop
void sem_p(int semid,int idex)//p操作{struct sembuf sops = {idex,-1,SEM_UNDO};semop(semid,&sops,1);}void sem_v(int semid,int idex)//v操作{struct sembuf sops = {idex,1,SEM_UNDO};semop(semid,&sops,1);}
3.信号量控制(pv) semctl
3.1 设置信号量的初始值
void sem_init(int semid,int idex,int val)
{
union semun
{
int val;
struct semid_ds buf;
unsigned short array;
struct seminfo *_buf;
}un;
un.val = val;
semctl(semid,index,SETVAL,un);//一次设置一个信号量初值
/unsigned short sems[5]={1,0};
un.array = sems;
semctl(semid,2,SETALL,un);//借助数组一次设置多个信号量初值/
}
联合体要自己定义
3.2回收信号量集合
semctl(semid,2,PIC_RMID,NULL);
同步问题的解决步骤：
1.创建多个信号量，其中一个信号量初值设为资源总数，另外初值设为0；
2.进程在共享资源访问前对信号量进行p操作，访问完成后对其他信号量做v操作；
3.如果设置某进程先访问资源，让该进程对初始值>0的信号量做p操作，其他进程对初始值为0的信号量做p操作；
四、消息队列
消息队列：由内核提供的消息的链表，该链表可以被不同的进程访问；
注意：放置到该队列中的消息（数据块）需要制定一个类型，获取消息的进程就是利用该类型来获取相关消息的；
优点：1.可应用于不相关的进程
2.消息队列不存在同步问题；
缺点：1.容量小
一条队列最大只能存储16KB的消息；
一条消息最大只能存储8KB的数据；
核心：消息结构体，结构体中2个成员（long 消息类型， char text[]： 消息的数据）；
用法：
1.每个进程创建或获取消息队列 int msgid= msgget(key，IPC_CREAT|0664)；
2.各个进程根据对消息队列的操作方式，采用msgsnd，msgrcv来发送消息；
3.
使用步骤：
1.申请/获取 消息队列： msgget
2.向队列中发送消息 msgsnd
3.从队列中获取消息 msgrcv
4.回收 msgctl
五、信号（事件通知）
信号：信号是用软件模拟硬件中断的处理过程。因此信号也被称为软中断；
用法：
1.发送信号：
1.1可能借助其他进程间通讯方式获取对方的PID；
2.2在需要的时候借助kill函数发送信号；
2.信号的处理：
一般，如果需要处理一个信号，可以在进程开始处利用signal()/sigaction在系统中为某个信号，注册一个信号处理函数;
1.信号的处理方式：
1.忽略；
2.默认；
3.捕捉；（给信号指定处理函数）
4.屏蔽；（暂时阻塞）
2.相关操作函数：
1.signal(int signum,handler_t hadnler);
2.信号发送：
2.1进程给自身发送信号；
raise(int signum);
2.2进程给另一个进程发送信号:
kill(pid_t pid, int signum);
3.信号的屏蔽
sigprocmask(int how,const sigset_t set,sigset_t oldset);
信号集操作函数
sigemptyset(sigset_t set);
sigaddset(sigset_t set,int signum);
sigdelset(sigset_t set,int signum);
sigefillset(sigset_t set);
sigismember(const sigset_t *set,int signum);
4.信号发送(携带数据)
sigqueue(pid_t pid,int signum,const union sigval value);
union sigval{int sival_int;void* sival_ptr;};//例子:进程给自身发送sigusr1信号,同时携带一个整形数据6757union sigval val;val.sival_int = 6757;sigqueue(getpid(),SIGUSR1,val);
进程给自己发信号;int raise();
5.处理信号的同时获取数据
int sigaction(int signum, struct sigaction act ,struct sigaction oldact);
struct sigaction
{
void (*sa_handler)(int);
};
主要关注成员：
1.sa_flags : 该成员用于对指定对信号设置何种格式的处理函数；sa_handler or sa_sigaction
如果取值为 SA_SIGINFO,则选择sa_sigaction格式的函数作为信号的 处理函数；
2.sa_handler: 指定信号的一般处理函数格式 用户需要指定具有类似于 void handler(int signum)的信号处理函数；
3.sa_sigaction:指定信号的扩展处理函数格式 用户需要提供具有类似于void handler(int signum)的信号处理函数；
获取信号携带的数据：必须为信号指定扩展处理函数；可以通过扩展处理函数第二个参数(siginfo_t类型)来获取信号携带的数据；
具体操作：根据siginfo_t结构体类型中的 si_int 或者 si_ptr 成员来获取；
例子：获取信号SIGUSR1 携带的整形数据；
struct sigaction act = {0};
act.sa_flags = SA_SIGINFO;
act.sa_sigaction = handler();
sigaction(SIGUSR1,&acl,NULL);
void handler(int signum,siginfo_t info,void unused)
{
int value = info ->si_int;
}
六、定时器
定时器是一个系统资源，主要用于定时功能，
1.alarm (unsigned int seconds);//为进程安装一个以秒为单位的单次计时的定时器
2.ualarm(_useconde_t usec, _useconde_t interval);
为进程安装一个以微秒为单位的重复计时的定时器；
但请注意 ： _useconde_t 类型的取值范围为0，1000000
注意：当定时器定时事件到达，内核会发送SIGALRM 信号给到调用进程，调用进程需要捕捉处理，否则SIGALRM默认会将调用进程终止的；
pause();
阻塞调用进程，直到某个信号的到来；
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