进程间通信

1.管道
概念：管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，允许一个进程和另一个与它有共同祖先的进程之间进行通信。
创建：创建一个简单的管道，可以使用系统调用pipe（）。它接受一个参数，也就是一个包括两个整数的数组。如果系统调用成功，此数组将包括管道使用的两个文件描述符。创建一个管道之后，一般情况下进程将产生一个新的进程
系统调用：pipe（）；
原型：int pipe（int fd[2]）;
返回值：如果系统调用成功，返回0。如果系统调用失败返回-1
errno = EMFILE（没有空闲的文件描述符）
ENFILE（系统文件表已满）
EFAULT（fd数组无效）

特点：管道是单向的，先进先出的，无结构的，固定大小的字节流，它把一个进程的标准输出和另一个进程的标准输入连接在一起。
			写进程在管道的尾端写入数据，读进程在管道的首端读出数据。数据读出后将从管道中移走，其他读进程都不能再读到这些数据。
			管道提供了简单的流控制机制。进程试图读空管道时，在有数据写入管道前，进程将一直阻塞。同样，管道已写满时，进程再试图写管道，在其他进程从管道中移走数据之前，写进程将一直阻塞。

2.命名管道
命名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信。命名管道在文件系统中有对应的文件名。命名管道通过命令mkfifo或系统调用mkfifo来创建。
命名管道的创建:
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname,mode_t mode);
返回值：若成功则为0，若出错则为-1

|所需头文件| #include <sys/types.h>,#include <sys/stat.h> |
|-函数原型-|-int mkfifo(const *pathname,mode_t mode)-|
| 函数传入值 |filename:要创建的管道，mode: O_RDONLY:读管道；O_WRONLY:写管道；O_RDWR：读写管道；O_NONBLOCK:非阻塞
O_CREAT:如果该文件不存在，那么久创建一个洗的文件，并用第三的参数为其设置权限；O_EXCL:如果使用O_CREAT时文件存在，那么可返回错误消息。这一参数可测试文件是否存在。|

FIFO相关出错信息：
EACCES （无存取权限）
EEXIST （指定文件不存在）
ENAMETOOLONG （路径名太长）
ENOENT （包含的目录不存在）
ENOSPC （文件系统剩余空间不足）
ENOTDIR （文件路径无效）
EROFS （指定的文件存在于只读文件系统中）

一旦已经用mkfifo创建了一个FIFO，就可以用open打开它。确实，一般的文件i/o函数（close,read,write,unlink等）都可以用于FIFO。

当打开一个FIFO时，非阻塞标志（O_NONBLOCK）产生下列影响：
（1）：在一般情况下（没有说明O_NONBLOCK），只读打开要阻塞到某个其他进程为写打开此FIFO。类似，为写而打开一个FIFO要阻塞到某个其他进程为 读而打开它。
（2）：如果指定了O_NONBLOCK，则只读打开立即返回。但是，如果没有进程已经为读而打开一个FIFO，那么只写打开将出错返回，其errno是ENXIO。
类似于管道，若写一个尚无进程为读而打开的FIFO,则产生信号SIGPIPE。若某个FIFO的最后一个写进程关闭了该FIFO,则将为该FIFO的读进程产生一个文件结束标志。

3.信号
信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身；linux除了支持unix早期信号语义函数signal外，还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction（实际上，该函数是基于BSD的，BSD为了实现可靠信号机制，又能够统一对外接口，用sigaction函数重新实现了signal函数）。
很多条件可以产生一个信号：
1.当用户按某些终端按键时，产生信号。在终端上按delete键通常产生中断信号；
2.硬件异常产生信号：除数为0，无效的存储访问等等。
3.进程用kill（2）函数可将信号发送给另一个进程或进程组。
4.用户可用kill(1)命令将信号发送给其他进程。
5.当检测到某种软件条件已经发生，并将其通知有关进程时也产生信号。例如SIGPIPE（在管道的读进程已终止后一个进程写此管道）
信号源
内核为进程生产信号，来响应不同的事件，这些事件就是信号源。主要的信号源如下：
1.异常：进程运行过程中出现异常；
2.其他进程：一个进程可以向另一个或一组进程发送信号。
3.终端中断：ctr+c，ctr+\等；
4.作业控制：前台，后台进程的管理；
5.分配额：CPU超过或文件大小突破限制；
6.通知：通知进程某事件发生，如I/O就绪等；
7.报警：计时器到期。
LInux中的信号
kill -l命令显示系统信号
1~31为不可靠信号，34-64为可靠信号
可靠信号支持多次注册，排队处理
下面是几个常见的信号。
SIGINT：按下CTRL+C发出信号，默认操作是中断该进程
SIGQUIT：按下CTRL+\发出信号，默认操作是退出QUIT该进程
SIGTSTP：按下CTRL+Z发出信号，默认操作是暂停该进程
SIGCONT：用于通知暂停的进程继续。

 信号出现时按照下列三种方式的一种进行操作。
 	1.忽略此信号	SIGKILL和SIGSTOP不能被忽略
 	2.捕捉信号	调用一个用户函数。
 	3.执行系统默认动作
 		每一个信号都有一个缺省动作，它是当进程没有给这个信号指定处理程序时，内核对信号的处理。有5种缺省动作
 			1.异常终止（abort）：在进程的当前目录下，把进程的地址空间内容，寄存器内容保存到一个叫做core的文件中，而后终止进程
 			2.退出（exit）:不产生core文件，直接终止进程
 			3.忽略（ignore）:忽略该信号
 			4.停止（stop）:挂起该进程
 			5.继续（continue）：如果进程被挂起，则恢复进程的运行。否则，忽略信号。

4.消息队列：
消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等。它允许一个或多个进程向它写消息，一个或多个进程从中读消息。具有一定的FIFO特性，但是可实现消息的随即查询。这些消息存在于内核中，由“队列ID”来标识。
消息队列的实现包括创建和打开队列，添加消息，读取消息和控制消息队列这四种操作。

	msgget：创建和打开队列，其消息数量受系统限制。
		所需头文件：include<sys/types.h>；#include<sys/ipc.h>;#include<sys/shm.h>
		函数原型：int msgget(key_t key,int flag)
		函数传入值：key：返回新的或已有队列的队列ID,IPC_PRIVATE；Flag：和共享内存的这个参数是一样的，也是权限标识。
		函数返回值：成功：消息队列ID；出错：-1
	msgsnd：添加消息，将消息添加到消息队列尾部。
		所需头文件：include<sys/types.h>；#include<sys/ipc.h>;#include<sys/shm.h>
		函数原型：int msgsnd(int msqid,const void *prt,size_t size,int flag)
		函数传入值：msqid：消息队列的队列ID；prt：指向消息结构的指针。该消息结构msgbuf为：struct msgbuf{long mtype;//消息类型char mtext[1];//消息正文}；size：消息的字节数，不要以null结尾；flag：IPC_NOWAIT若消息并没有立即发送而调用进程会立即返回；0：msgsnd调用阻塞直到条件满足为止
		函数返回值：成功：0；出错：-1
	msgrcv：读取消息，从消息队列中取走消息。
		所需头文件：include<sys/types.h>；#include<sys/ipc.h>;#include<sys/shm.h>
		函数原型：int msgrcv(int msgid,struct msgbuf*msgp,int size,long msgtype,int flag)
		函数传入值：msqid:消息队列的ID；msgp：消息缓冲区；size:消息的字节数，不要以null结尾。Msgtype:0:接收消息队列中第一个消息；大于0：接收消息队列中第一个类型为msgtyp的消息；小于0：接收消息队列中第一个类型值不小于msgtyp绝对值且类型值又最小的消息；flag:MSG_NOERROR：若返回的消息比size字节多，则消息就会截短到size字节，且不通知消息发送进程；IPC_NOWAIT若消息并没有立即发送而调用进程会立即返回；0：msgsnd调用阻塞直到条件满足为止
		函数返回值：成功：0；出错：-1；
	msgctl：控制消息队列。
		所需头文件：include<sys/types.h>；#include<sys/ipc.h>;#include<sys/shm.h>
		函数原型：int msgctl(int msgqid,int cmd,struct msqid_ds *buf)
		函数传入值：msqid：消息队列的队列ID；cmd：IPC_STAT:读取消息队列的数据结构msqid_ds，并将其存储在buf指定的地址中；IPC_SET:设置消息队列的数据结构msqid_ds中的ipc_perm元素的值。这个值取自buf参数；IPC_RMID:从系统内核中移走消息队列；buf：消息队列缓冲区
		函数返回值：成功：0；失败：-1；

5.共享内存
使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其他通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。
ipcs指令是查看系统中共享内存数和信号量数组和消息队列数的指令。
system(ipcs -m)是系统显示共享内存区域。

shmget（）创建共享内存
所需头文件：include<sys/types.h>；#include<sys/ipc.h>;#include<sys/shm.h>
函数原型：int shmget(key_t key,int size,int shmflg)
函数传入值：Key：IPC_PRIVATE；Size:共享内存区大小；Shmflg:同open函数的权限为，也可以用八进制表示法
函数返回值：成功：共享内存段标识符；出错：-1

shmat（）函数映射共享内存
所需头文件：include<sys/types.h>；#include<sys/ipc.h>;#include<sys/shm.h>
函数原型：char*shmat(int shmid,const void*shmaddr,int shmflg)
函数传入值：shmid：要映射的共享内存区标识符；shmaddr：将共享内存映射到指定位置（若为0，则表示把该段共享内存映射到调用进程的地址空间）；shmflg：SHM_RDONLY：共享内存只读，默认0：共享内存可读写。
函数返回值：成功:被映射的段地址；失败：-1

shmdt（）分离共享内存（虚拟地址和物理地址进行分离）
所需头文件：include<sys/types.h>；#include<sys/ipc.h>;#include<sys/shm.h>
函数原型：int shmdt(const void*shmaddr)
函数传入值：Shmaddr:被映射的共享内存段地址
函数返回值：成功：0；出错：-1