进程间通信

进程通信是什么？

两个或者多个进程实现数据层面的交互，通信是有成本的。

为什么要有进程间通信:

在现实中进程之间一定会存在：

基本数据交互

发送命令

某种协同

通知

所以需要进程间通信。

如何实现进程间通信？

1. 进程间通信的本质：必须让不同的进程看到用一份“资源”

2. “资源”：特定形式的内存空间

3. “资源”谁提供？操作系统，如果由进程之间提供会破坏进程之间的独立性

4. 进程访问这个空间，本质就是访问操作系统

5. 基于文件级别的通讯方式 ———— 管道

一般的操作系统，会有一个独立的通信模块 —— 隶属于文件系统 —— IPC通信模块定制标准 —— 进程通信是有标准的 ——system V && posix

管道：

管道原理：

用管道原理进行通信的一定是具有血缘关系的进程：父子，兄弟，爷孙

对应父子进程都具有独立的task_struct对应有独立的struct_file，但对应在数组中相同序号指向同一批文件：对应的stdin,stdout,stderrno都是公用的：

如果父子进程想要创建自己的管道文件，对应一定是存在内存中而非磁盘中。

如何建立通信信道？

对应父子进程对同一个文件进行读写，对应就创建了通信。

对于父子进程来说，读写时文件的inode相同，同一个文件缓冲区

不同的fd执行不同的操作，在不同的进程中存储。

如果父子进程同时进行写入读取，那么对应的管道文件不是就乱了吗？

所以我们最好规定，一个进程读，一个进程写。

这也就注定了管道只能进行单向通信：

所以在struct_file中的引用计数就会起作用，对应有不同的fd指向它，引用计数+1。

可以看到上面的内存文件（管道文件）没有名字，也对应叫匿名管道。

2.对应创建匿名管道文件的接口：pipe

对应的头文件和接口。

对应参数中数组的两个元素一定是读方法和写方法。

注意接口的使用：

下面写代码来验证：

对应的运行结果：

可以看到在012后面创建了两个文件：记住下标为0的是读，为1的是写。

接下来创建子进程让子进程写，父进程读：

先看看字符串是否构建成功：

可以看到构建成功了。

再向父进程写入：

对应代码的执行结果：

可以看到执行起来了。

下面来验证管道中的四种情况：

1.读写端正常，管道如果为空，读端就阻塞

2.读写端正常，管道如果被写满，写段就要阻塞

写满多大呢？修改代码来验证：

子进程一次写入一个字节：

父进程不读：

对应代码结果：

最后一个值是6535，对应管道缓冲区的大小位64KB。

3.读端正常，写段关闭，读端会读到0，表明文件结尾，不会阻塞。

0：

修改代码：

对应文件读完了。

可以看到后面n变为0，对应文件为空，所以我们要在文件读取是在加一个判断：

对应的结果：

对应代码更完善。

4.写段写入正常，读端关闭，操作系统通过信号干掉正在写入的进程。

代码：

对应获取子进程的退出码和退出信号：

让父进程读5秒就停，子进程继续写对应结果：

对应的是pipe错误退出。

对应让子进程写入，父进程读取，为了方便看到退出信号，对应就是操作系统终止了进程

管道的特征：

1.只有具有血缘关系的进程才能进行管道通信

2.管道只能进行单向通行

3.父子进程是会进行协同的：解决临界资源竞争问题（多线程）

4.管道是面向字节流的（网络）

5.管道是基于文件的，而文件的生命周期是随进程的。

细节：

1.对应管道通信其实就是对应的缓冲区拷贝：

写入是从用户到内存，读取是从内存到用户

2.管道的固定大小是可以改变的

3.snprintf的使用：

管道的使用场景：

1.自制shell中支持管道（文件重定向），这里不实现了，主要实现下一个

2.用管道实现一个简易版本的进程池：

进程池的概念：

对应让父进程写，子进程读，都读相同大小的内容，这样格式一样

对应可以实现一个简单的游戏日志：

将这些子进程管理起来，也是先描述，再组织。

代码对应对子进程的描述：

子进程初始化：

对应先对初始化好的子进程打印一下：

main函数：

对应代码的执行结果：

接下来让子进程执行一点有意义的东西：

注意对应输入输出函数对应的规范：

输入：const  &

输出：*

输入输出： &

定义一个头文件来存放日志：

main函数中初始化这个日志函数指针数组：

控制子进程：

用菜单来对应要实现的功能.

子进程运行的时候也要修改：

执行对应的函数。

对应退出函数，关闭文件描述符，等待子进程：

对应的结果：

对应没有问题。

初始化bug:

命名管道：

上面的匿名管道都是具有血缘关系之间的进程的通行，那么如果没有血缘关系呢？

对应就是命名管道。

对命名管道的理解：

命名管道本质只是管道的一个标识，它不存在这块管道缓冲区还是存在的。

如果两个不同的进程，打开同一个文件的时候，在内核中，操作系统会打开几个文件？

同一个文件。

对应的文件都是路径+文件名

对应的编码：

对应的结果：

实现一个自己的日志：

共享内存：

原理：

主要分为三步：

1.申请物理内存。

2.挂接到进程地址空间中。

3.返回起始虚拟地址。

直接代码对应的系统接口：

shmget:

对应返回值和参数的含义：

创建K:

ftok:

对key的理解：

1.key对应是一个int,至于数字是多少不重要，重要的是它的唯一性，能够让不同的进程执行唯一标识。

2.通过key创建共享进程

3.key存在共享内存的描述对象中

4.上面创建key的函数的两个参数都是由用户自己约定的，

5.key 路径 唯一性

shmat:

将共享内存链接到对应的共享内存。

shmdt:

脱离连接。

shmctl:

用于控制共享内存的这里是把它删掉。

3.共享内存的特性：

1.共享内存没有同步互斥之类的保护机制

2.共享内存是所用进程中通信中，速度最快的。（拷贝少）

3.共享内存内部的数据由用户自己来维护：shmid

共享内存的本质：

1.开辟一块物理空间，让多个进程映射到同一块物理内存到自己的地址空间进行访问。

2.共享内存的删除不是直接删除，而是删除进程与物理地址的映射关系，到映射链数为0的时候，才为真正的删除。

3.共享内存的生命周期是随内核的（本质是一块内存）。

只要不被删除就一直存在系统中。

消息队列信号量：

1.将共享内存的接口与消息队列的接口进行比较：

对应的get：

接口基本相似。

都有key所以都要用到ftok接口。

对应的ctrl接口：

接口的参数都相同，对应的最后一个参数需要自己创建结构体，自己传指针。

对应描述的结构体：

从这里可以看到c语言玩继承的影子。

消息队列的原理：

就是让不同的进程看到同一个队列：

A,B进程的发送方式都是以数据块的形式发送：

发送的数据块必须是带类型的，不然就不知道是谁发送的。

进程间通信在内核中的数据结构设计：

所有的IPC资源都是存在系统的IPC模块中的：

其中不同的通信方法都是对系统内存中一块空间的数据结构的继承：

对应的key都是面向系统内核的，id都是面向用户的。对应不同的通信方式都是存在同一个指针数组的。

学习信号量的储备知识：

管道通信的不足：

1.AB看到同一份资源，如果不加保护，会导致数据不一致问题。

2.加锁：互斥访问，对应任何时候，只允许一个执行流访问资源。

3.共享的，任何时候只允许一个执行流访问的资源叫临界资源。

解释一个现象：

多进程，多线程并发打印会导致：

显示器上的消息：

• 错乱

• 与命令行混在一起

信号量：

本质：

是一个计数器，用来描述临界资源中资源数量的多少。

原理和概念：

1.申请计数器成功了，就表示具有访问资源的权限了。

2.申请计数器资源是对资源的预订机制

3.计数器可以有效保证进入共享资源的执行流的数量

4.所以每个执行流访问共享资源不需进过计数器，不能直接访问

上面对应的“计数器”就是信号量

那么如果信号量对应的共享资源只有一个呢？

意味着只能有一个执行流来访问这个临界资源。

这样的信号量叫二元信号量，其实就是一个锁。

信号量的pv操作：

p操作：申请信号量，本质是对计数器的–

v操作：释放信号量，本质上是对信号量的++

两个概念：

1.多个信号量：对应着多种不同的共享资源的管理

2.信号量是几：对应共享资源在信号量中的几号位

信号量凭什么也是通信的一种？

• 通信不仅仅是通信数据，互相协同也是

• 要协同，本质也是通信，信号量要被所用要通信的进程看到。

信号量的接口太复杂，这里不看了。