进程间通信IPC

标签：IPC 文件队列间通信管道进程共享内存

前言

进程是操作系统中独立运行的程序单元，每个进程拥有自己的内存空间。由于进程之间的内存空间是隔离的，不能直接访问彼此的内存，因此需要借助IPC来实现进程间的数据交换

一.管道

进程间通信的本质是让不同的进程看到同一份资源, 我们先来看管道是如何做到的

管道特性

1. 自带同步机制
2. 多用于血缘关系进程进行通信，常见与父子
3. pipe是面向字节流的
4. 父子退出，管道自动释放，文件的生命周期是随进程的
5. 管道只能单向通信

管道的四种情况

管道内部没有数据且子进程不关闭自己的写端文件, 读端就要阻塞等待，直到pipe有数据
管道内部被写满且读端不关闭自己的fd, 写端写满之后，写端就要阻塞等待
对于写端而言：关闭了pipe, 读端会将pipe中的数据读完，最后就会读到返回值为0，表示读结束，类似读到了文件的结尾
读端关闭，写端再写，OS会直接终止写入的进程（子进程),通过信号SIGPIPE(13)信号杀掉进程

匿名管道

原理

父进程创建的子进程会继承父进程打开的文件描述符, 让父子进程看到同一个管道文件

然后只需关闭不需要的读写端即可

使用

这个系统调用能让系统维护一个匿名管道, 匿名管道是由操作系统维护的一段缓冲区, 并不会创建文件

pipefd为输出型参数,其本质是一个长度为2的数组, pipifd[0]表示读端文件描述符, pipefd[1]表示写端文件描述符

返回 0 表示开辟管道成功, 返回 -1 表示开辟管道失败，并且会设置错误码

比如父进程写入管道, 子进程读取管道数据

int main()
{
    int fd[2];
    pipe(fd);//创建匿名管道
    int rfd = fd[0];
    int wfd = fd[1];
    pid_t id = fork();//创建子进程
    if(id == 0)
    {
        close(wfd);//子进程关闭写文件描述符

        //这里就可以执行一些读取管道的方法
        
        exit(0);
    }
    close(rfd);//父进程关闭读文件描述符

    //这里执行一些写入管道的方法

    waitpid(id, NULL, 0);

    return 0;
}

命名管道

原理

让两个独立的进程打开同一个管道文件

使用

使用mkfifo创建一个命名管道文件

然后就可以让不同的进程打开读写端来完成进程间通信

二.System V

1.共享内存

原理

将一片内存通过页表映射到不同的进程的进程地址空间上

使用

使用ftok获取唯一性标识, 再使用shmget获取共享内存的id

size: 共享内存的大小, 共享内存在内核中以4KB为基本单位

flg常用选项:

IPC_CREAT:如果共享内存不存在，就创建之，如果共享内存已经存在，直接获取它
Ipc_EXCL:不能单独使用，没意义
IPC_CREAT | IPC_EXCL:如果共享内存不存在，就创建之，如果共享内存已经存在，出错返回

控制共享内存

cmd常用选择

IPC_STAT 获取共享内存的属性
IPC_RMID 删除指定共享内存

挂接和去关联共享内存

这一步实际就是将共享内存映射到进程的地址空间上

shmat 挂接指定共享内存, 返回一个指针指向共享内存的起始位置

shmid : 共享内存id

shmaddr : 可选指定位置挂接

shmflg常用选项

0: 可读可写
SHM_RDONLY: 只读

shmdt 去关联, 传入已挂接的共享内存起始地址

2.消息队列

原理

一个进程向队列放数据块, 另一个进程拿取

使用

创建一个消息队列

msgflg常用选项

IPC_CREAT：如果指定的key不存在，则创建一个新的消息队列，如果已经存在，则直接获得原先的消息队列
IPC_EXCL：如果指定的key已经存在，则创建失败

控制消息队列

cmd常用选项

IPC_STAT：获取消息队列的状态信息
IPC_SET：设置消息队列的某些属性
IPC_RMID：删除消息队列

写入操作

msqid：消息队列的标识符
msgp：指向要写入的消息内容的指针
msgsz：要写入内容的字节数
msgflg常用选项

0: 默认
IPC_NOWAIT: 如果消息队列已满,则立即返回

读取操作

msqid：消息队列的标识符

msgp：读到哪个缓冲区

msgsz：缓冲区大小

msgtyp: 指定要接收的消息类型

mesflg常用选项

0: 默认
IPC_NOWAIT: 如果消息队列已满,则立即返回

3.信号量

原理

信号量是一种资源预定机制, 本质是个计数器

进程访问资源前，要先申请一个信号量，用于预定资源，一旦预定成功，不管这个进程使不使用这个资源, 这个资源都不会再被分配给其他进程, 进程只有成功申请到了信号量才能访问这个资源

标签：IPC,文件,队列,间通信,管道,进程,共享内存
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