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()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:

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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)  
};

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