进程间通信--学习笔记
# 进程间通信
--pipe、FIFO、共享内存、消息队列、信号量
pipe(无名管道)
只能实现有亲缘关系进程之间的通信,它是单向的,
int pipe(int piped[2]) //创建管道
fd[0] : 读文件,fd[1] :写文件。
之后可以用open()、write()函数进行对管道进行操作,
创建管道要在fork()之前以保证父子进程操作是同一个管道。
FIFO(有名管道)
int mkfifo(const char* pathname,mode_t mode) //创建有名管道函数
mkfifo [option] [name] //创建有名管道命令
int access (const char* pathname,int mode) //可用来检查管道的权限
mode :
F_OK : 检查文件是否存在
R_OK: 检查读权限
W_OK: 检查写权限
X_OK : 检查执行权限
成功时返回 0,失败时返回 -1
管道与普通文件的区别之一,管道文件使用read()时,文件为空时进程会阻塞
信号通信
信号的发送 : kill(),raise()
int kill(pid_t pid,int sig);
int raise(int sig);
raise()函数等价于kill(getpid(),sig);
atoi() //将字符串转化为整形
alarm()函数是一种系统调用,用于设置一个闹钟。当指定的时间过去之后,会发送一个信号给当前进程。
alarm()
函数的原型是:
int alarm(int seconds);
alarm()`函数接受一个整数参数,表示闹钟应该在多少秒后响起。如果参数为0,那么闹钟将立即响起。如果函数成功执行,将返回0。如果函数执行失败,将返回-1。
当闹钟响起时,当前进程会收到一个SIGALRM信号。默认情况下,该信号将终止进程。但是,您可以使用信号处理函数来捕获SIGALRM信号并执行自定义操作。
信号的处理:
三种方式: 1)系统默认 2) 忽略 3) 捕获
sighandler_t signal(int signum,sighandler_t handler);
参数1:要进行处理的信号,shell中可通过kill -l 命令查看,
参数2:处理的方式
-
SIG_DFL (默认)
-
SIG_IGN(忽略)
-
myfun(自己定义的函数)
共享内存
在C语言中,共享内存是一种让不同进程可以访问同一块物理内存的技术。通过共享内存,不同进程可以相互通信并共享数据。
在Unix/Linux系统中,我们可以使用系统调用shmget、shmat、shmdt和shmctl来创建、映射、解除映射和删除共享内存段。
int shmget(ket_t key,size_t size,int shmflg); //创建共享内存
参数:
key_t key : IPC_PRIVATE或者是ftok()函数的返回值。(用ftok()函数后面要加上IPC_CREAT)
size_t size : 共享内存的大小
int shmflg : 权限
返回值:
成功返回内存的标识符,失败返回-1
key_t ftok(const char *pathname, int id);
这个函数根据文件名(pathname
)和可选的标识符(id
)来生成一个唯一的键值(key_t
类型)。这个键值可以用来在后续的调用中识别同一共享内存段。
id
参数通常是一个常数,用来区分不同的进程和不同的文件。如果id
参数为0,那么ftok()
函数会忽略它,只使用文件名作为唯一的键值。
如果函数成功执行,它将返回一个唯一的键值。如果失败,它将返回-1。
注意,ftok()
函数并不是线程安全的,因为它返回的是静态内存。在多线程环境中,如果多个线程同时调用ftok()
函数,可能会导致冲突。
void *shmat(int shmid ,const void * shmaddr,int shmflg);
参数:
int shmid : 共享内存的标识符
void *shmaddr: 映射到的地址,一般写NULL
int shmflg : 通常为0 表示内存可读可写 ,或者SHM_RDONLY表示只读
返回值:
成功返回共享内存映射到进程中的地址,失败返回-1.
int shmdt(const void *shmaddr)
成功返回0,失败返回-1.
只是删除进程中的地址映射,不会删除内核里面的共享内存对象,可以用shmctl()函数删除内核里的对象。
int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf);
参数:
int shmid : 要操作的共享内存的标识符
int cmd : IPC_STAT(获取对象属性)
IPC_SET(设置对象属性)
IPC_RMID(删除对象)
shmid_ds *buf : 指定IPC_STAT时用来保存或设置的属性.
消息队列
在C语言中,消息队列是一种进程间通信(IPC)的机制,它允许进程之间发送和接收消息。消息队列是操作系统内核维护的一种数据结构,它可以在不同的进程之间传递数据。
在C语言中,使用消息队列进行通信需要使用系统调用 msgget()
、msgsnd()
、msgrcv()
和 msgctl()
。
int msgget(key_t key,int msgflg);
参数:
key_t key : 消息队列相关的key值
int msgflg: 访问权限
队列时链式的,所以不用像共享内存一样指定队列的大小
int msgctl(int msgid,int cmd,strcut msgid_ds *buf);
参数:
int msgid : 消息队列的ID
int cmd : 同共享内存
buf : 消息队列的缓冲区
返回值:
成功返回0,失败返回-1.
msgsnd()
函数是在Unix/Linux环境中使用的,它属于POSIX消息队列API。这个函数用于发送消息到已经创建的队列中。
int msgsnd(int msqid,const void *msgp,size_t msgsz,int msgflg);
参数:
int msqid : 消息队列ID
void *msgp : 指向消息类型的指针
size_t msgsz : 发送消息的字节数
int msgflg : 如果为0 阻塞发送,IPC_NOWAIT: 非阻塞发送
返回值:
成功返回0 失败返回 -1
size_t msgrcv(int msqid,void * msgp,size_t msgsz,long msgtyp,int msgflg);
参数:
msqid
:这是消息队列的标识符(message queue identifier),即我们要从中接收消息的消息队列的描述符。msg_ptr
:这是一个指向接收缓冲区的指针,该缓冲区用于存储接收的消息。这个缓冲区应该足够大,以容纳消息的最大长度,这个长度通常由消息队列的属性mq_msgsize
给出。msg_len
:这是msg_ptr
指向的缓冲区的大小(以字节为单位)。这个值应该等于或大于消息的最大长度。msg_prio
:这是一个指向整数的指针,该整数用于存储接收消息的优先级。消息的优先级是一个0到MQ_PRIO_MAX
(通常为32767)的整数。msg_flags
:这是一个标志位,用于控制函数的行为。标志可以是以下值的组合或之一:MSG_NOERROR
(如果消息被截断,不返回错误)、MSG_PEEK
(仅查看消息,不移除)和MSG_WAITALL
(等待直到接收到足够长度的消息)。
这个函数的返回值是接收的消息的长度(以字节为单位),如果成功;如果发生错误,则返回-1并设置errno
。可能的错误包括但不限于EBADF
(无效的队列描述符)、EINVAL
(无效的标志)、EMSGSIZE
(缓冲区太小)和ETIMEDOUT
(在无消息可用时超时)
信号量
用来保护共享资源
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
参数:
-
key
:用于标识信号量的键。这个键可以是正整数或字符串,其用途是标识要获取或创建的信号量。如果key
是正整数,那么它代表了一个已经存在的信号量;如果是零,则表示创建一个新的未命名信号量;如果是负数,则表示创建一个新的命名信号量,名字为-key
。 -
nsems
:指定要获取或创建的信号量数量。通常来说,这个值应该为1,表示只获取或创建一个信号量。 -
semflg
:指定信号量的属性。这个参数可以是以下标志的组合或之一:
IPC_CREAT
:如果信号量不存在,则创建新的信号量。IPC_EXCL
:如果信号量已经存在,则不执行任何操作并返回错误。0
:如果指定了IPC_CREAT
标志,则该值必须是零。
返回值:
-
如果函数执行成功,返回值为非负整数,代表成功获取或创建的信号量的数量。对于未命名的信号量,返回值是有效的信号量ID;对于命名的信号量,返回值是已成功连接的信号量数量。
-
如果函数执行失败,返回值为-1,并且错误代码被存储在
errno
中。可能的错误包括:EACCES
(权限不足)、EEXIST
(键已经存在)、EINVAL
(无效的参数)、ENOENT
(键不存在)和ENOMEM
(内存不足)。
semctl()
函数是用于控制信号量的函数之一。它是Unix/Linux操作系统中用于进程间通信(IPC)的一种机制。
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg);
参数说明:
semid
:信号量标识符(semid),由semget()
函数获取。semnum
:信号量编号,通常为0,表示对第一个信号量进行操作。cmd
: IPC_STAT,IPC_SET,IPC_RMID,SETVAL(设置信号量的值)arg
:union类型的结构体,包含要传递给命令的参数。具体结构体定义如下:
union semun {
int val; /* 用于SETVAL和GETVAL操作,可能是信号量的当前值。 */
struct semid_ds *buf; /*用于SETALL和GETALL操作,这个指针指向一个semid_ds结构体,*/
unsigned short *array; /* 同样用于SETALL和GETALL操作,这个指针指向一个unsigned short类型的数组,可能是多个信号量的列表。 */
void *ptr; /* 用于GETOPT操作,可能是一个任意的指针,用于传递额外的参数 */
};
返回值:
- 如果函数执行成功,返回值为0;
- 如果函数执行失败,返回值为-1,并设置
errno
为相应的错误代码。
semop()
函数是Unix/Linux操作系统中用于对信号量进行操作的函数之一。它是进程间通信(IPC)的一种机制,用于实现进程间的同步和互斥。
int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nops);
参数说明:
semid
:信号量标识符(semid),由semget()
函数获取。sops
:指向sembuf
结构体数组的指针,用于指定要对信号量执行的操作。nops
:数组中要执行的操作数量。
sembuf
结构体定义如下:
struct sembuf {
unsigned short sops; // 操作类型(如SEM_ waits 或 SEM_posts)
unsigned short _pad; // 填充,使用时必须是0
int sem_num; // 信号量编号(在semid中)
int sem_op; // 操作值(-1为减,1为加)
int sem_flg; // 标志位(如IPC_NOWAIT为非阻塞,0表示阻塞)
};