进程间通信：
一、基本概念：
什么是进程间通信：
指两个或多个进程之间需要协同工作、交互数据的过程，因为进程之间是相互独立工作的，为了协同工作就需要进行通信来交互数据
进程间通信的分类: **（背）**
简单的进程间通信：
信号(携带附加信息)、文件、环境变量表、命令行参数
传统的进程间通信：
管道文件(有名管道、匿名管道)
XSI的进程间通信：
共享内存、消息队列、信号量
网络的进程间通信：
socket套接字
二、传统的进程间通信技术——管道
管道是UNIX系统中最古老的进程间通信方式，古老就意味着所有的系统都支持，早期的管道是半双工，现在有些系统的管道是全双工(假定以半双工来编写代码)
管道是一种特殊的文件，它的数据在管道文件中是流动的，读取后就会自动消失，如果文件中没有数据要读取会阻塞等待
有名管道：
基于有文件名的管道文件的进程间通信，可以是任何进程之间的通信
*编程模型：
进程A 进程B
创建管道 ...
打开管道 打开管道
写数据 读数据
关闭管道 关闭管道
删除管道 ...
1、创建有名管道文件的方式：
命令：mkfifo filename
函数：mkfifo
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
功能:创建有民法管道文件
pathname：文件的路径
mode：文件的权限掩码
匿名管道：没有名字的管道文件
只适合通过fork创建的有血缘关系的进程间通信(父子进程、兄弟进程之间)
int pipe(int pipefd[2]);
功能:创建并打开一个匿名管道文件
pipefd：输出型参数 返回该匿名管道文件的读权限fd,和写权限fd两个文件描述符
pipefd[0] 读
pipefd[1] 写
*编程模型:
父进程 子进程
获取一对fd ...
创建子进程 共享父进程fd
关闭读fd 关闭写fd
fd[1]写数据 fd[0]读数据
关闭fd[1] 关闭fd[0]
三、XSI进程间通信
X/open 公司指定的用于进程间通信的系统(S)接口(I)标准
XSI进程间通信标准都需要借助系统内核完成，需要创建内核对象，内核对象以整数形式来返回给用户，相当于文件描述符、文件指针，代表了某个内核对象来完成某次进程间通信任务，也叫做IPC标识符
类似文件的创建需要借助文件名一样，IPC标识符的创建也需要借助IPC键值(整数)，也跟文件名一样，要确保IPC键值是独一无二的
一般通过函数生成一个独一无二的IPC键值
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
功能：生成一个独一无二的IPC键值
pathname：项目路径
proj_id： 项目编号
返回值：根据项目路径+项目编号会自动计算出IPC键值
注意：计算IPC键值的方式不是根据pathname的字符串内容，而是依靠路径的位置，如果提供了假的路径，不管编号都会得到相同的IPC键值，不正确！
共享内存：
基本特点：
两个或多个进程共享同一块由内核负责维护的物理内存，该物理内存是需要与进程的虚拟内存进行映射后使用
优点：
不需要进行磁盘的读写操作，无需复制操作，是最快的一种IPC机制
缺点：
需要考虑通信的同步问题，一般采用信号来解决
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
功能:创建、获取共享内存
key:IPC键值
size:共享内存的大小，当是获取时，参数无意义，写0即可
shmflg:
IPC_CREAT 创建、获取共享内存，已存在时会直接获取
IPC_EXCL 配合IPC_CREAT,如果已存在则返回错误
0 只获取
注意：如果是创建IPC_CREAT，需要在后面额外按位或这段共享内存的读写权限
返回值：创建成功返回该共享内存的IPC标识符，失败-1
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
功能：虚拟内存与物理内存共享内存映射
shmid：IPC标识符
shmaddr：想要映射的虚拟内存首地址，一般给NULL自动映射
shmflg：
SHM_RND 只有当shmaddr不是NULL时才有效，当映射的字节数不足一页的整数倍时，会向下取整数倍的页数来映射
SHM_RDONLY 以只读方式映射内存
如果不需要以上操作，一般给0即可
返回值：成功返回映射后虚拟内存的首地址，失败返回0xffff ffff || (void*)-1
int shmdt(const void *shmaddr);
功能：取消映射
shmaddr： 映射过的虚拟内存首地址
返回值：成功返回0，失败返回-1
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
功能：删除、控制共享内存
shmid：IPC标识符
cmd：
IPC_STAT 获取共享内存的属性信息 buf输出型参数
IPC_SET 设置修改共享内存的属性 buf输入型参数
IPC_RMID 删除共享内存 buf给NULL即可
编程模型：
进程A 进程B
创建共享内存 获取共享内存
映射共享内存 映射共享内存
写数据到内存、并通知 接到通知就读内存
接到通知就读取内存 写数据到内存、并通知
取消映射 取消映射
删除共享内存 ···
消息队列:
基本特点：是一个由内核维护管理的数据链表，通过消息类型来匹配正确后收发数据
int msgget(key_t key, int msgflg);
功能：创建、获取消息队列
key:IPC键值
msgflg
IPC_CREAT 创建、获取消息队列，已存在时会直接获取
IPC_EXCL 配合IPC_CREAT,如果已存在则返回错误
0 只获取
注意：如果是创建IPC_CREAT，需要在后面额外按位或这段共享内存的读写权限
返回值：创建成功返回该消息队列的IPC标识符，失败-1
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
功能：向消息队列发送消息包
msqid：IPC标识符
msgp：
struct msgbuf {
long mtype; /* 必须是long类型的消息类型 */
char mtext[1]; /* 根据使用需要来存储数据 */
};
msgsz：只需要数据的字节数，不包括消息类型
msgflg：
阻塞一般写0
IPC_NOWAIT 当消息队列满时，不等待立即返回
返回值：成功0，失败-1
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,
int msgflg);
功能：从消息队列中接受读取数据
msqid：PID标识符
msgp：存储数据部分内存首地址
msgsz：数据内存的字节数大小，不包括消息类型，因为不确定对方发送的字节数，建议给大一点
msgtyp：要接收的数据类型
>0 读取消息类型=msgtyp的消息
=0 读取消息队列中的第一条消息
<0 读取消息队列中的消息类型小于等于abs(msgtyp)的消息
如果同时有多个读取最小的
msgflg：
IPC_NOWAIT 如果当时消息类型没有匹配，则不阻塞立即返回
阻塞等待一般给0即可
返回值：成功返回读取到的数据字节数，失败-1
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
功能：删除、控制消息队列
msqid：IPC标识符
cmd：
IPC_STAT 获取共享内存的属性信息 buf输出型参数
IPC_SET 设置修改共享内存的属性 buf输入型参数
IPC_RMID 删除消息队列 buf给NULL即可
*编程模型：
进程A 进程B
创建消息队列 获取消息队列
发送消息msg-a 接收msg-a消息
接收msg-b消息 发送消息msg-b
删除消息队列 ···
信号量:
基本特点：由内核维护的"全局变量"，用于记录进程之间共享资源的数量，限制进程对共享资源的访问
信号量更像是一种数据操作锁，本身是不具备数据交换功能，而是通过控制其他的通信资源(共享内存、消息队列、文件···)来实现进程间的通信协调
1、如果信号量的值>0，说明有可以使用的资源，使用时需要将信号量的值-1，然后再使用
2、如果信号量的值=0，说明没有资源可以使用，此时进程会进入休眠，直到信号量的值>0，进程就会被唤醒，执行步骤1
3、当资源使用完毕后，需要先将信号量+1，正在休眠的进程就会被唤醒执行步骤1
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
功能：创建、获取信号量
key：IPC键值
nsems：信号量的数量
semflg
IPC_CREAT 创建、获取消息队列，已存在时会直接获取
IPC_EXCL 配合IPC_CREAT,如果已存在则返回错误
0 只获取
注意：如果是创建IPC_CREAT，需要在后面额外按位或这段共享内存的读写权限
返回值：创建成功返回该信号量的IPC标识符，失败-1
int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);
功能:对信号量进行加减操作
semid：IPC标识符
sops:
struct sembuf, containing the following members:
unsigned short sem_num; /* 信号量的下标 */
short sem_op; //
1 信号量+1
-1 信号量尝试-1，如果为0则休眠阻塞
0 等待信号量的值为0，否则阻塞休眠
short sem_flg; /* operation flags */
0 阻塞
IPC_NOWAIT 不阻塞
SEM_UNDO 如果进程终止，没有手动还原信号量+1，系统会自动还原+1
nsops：表示sops指针指向多少个连续的结构体，意味着要加减多少个信号量，一般一次只操作一个时写1即可
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
功能：删除、控制信号量
semid：IPC标识符
semnum：第几个信号量 下标从0开始
cmd:
IPC_STAT 获取信号量属性
IPC_SET 设置信号量属性
IPC_RMID 删除信号量
GETALL 获取所有的信号量的值
GETNCNT 获取正在等待减信号量的进程数
GETVAL 通过返回值获取下标为semnum信号量的值
GETZCNT 获取正在等待信号量的值为0的进程数
SETVAL 设置下标为semnum信号量的值
SETALL 设置所有信号量的值
···：
union semun {
int val; /* 用于设置信号量的值 */
struct semid_ds *buf; /* 用于获取、设置信号量的属性 */
unsigned short *array; /* 用于批量设置、获取信号量的值 */
};
使用流程：
1、创建信号量
2、设置信号量管理的资源数
3、减、加信号量
4、删除信号量