一。基本概念
什麼是進程間通信：就是多個進程在運行時傳遞數據
爲什麼需要進程間通信：進程是一個獨立的資源單位，基本可以自給自足（能解決一個獨立的問題）。但很多問題卻不是獨立的，所以進程也需要相互合作，這時就需要進程間通信了。
進程間的通信方式：
傳統：管道
簡單：命令行參數，環境變量、信號、文件
xsi：消息隊列，共享內存、信號量
網絡：
二、傳統的進程間通信-管道
管道是UNIX系統最古老的進程間通信方式（基本不再使用），歷史上的管道通常是半雙工（只允許單向數據流動），現在的系統大都可以全雙工，數據可以雙向流動。
1、有名管道（創建實體文件）
命令：mkfifo
函數：int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
功能：創建管道文件
pathname：文件路徑
mode：權限
返回值：成功返回0，失敗返回-1。
編程模型：
進程A 進程B
創建管道（mkfifo） ...
打開管道(open) 打開管道
讀/寫數據 (read/write) 讀/寫數據
關閉管道(close) 關閉管道
刪除管道(unlink) ...
2、無名管道（用於通過fork創建的父子進程之間通信）
int pipe(int pipefd[2]);
功能：創建無名管道
pipefd：用來存儲內核返回的文件描述符
pipefd[0] 用於讀操作
pipefd[1] 用於寫操作
編程模型同上
三、XSI進程間通信
X/open組織爲UNIX系統設計一套進程間通信機制，有共享內存、消息隊列、信號量。
1、IPC標識
內核會爲每個進程間通信維護一個IPC對象（XSI對象）。
該對象通過一個非負整數來引用（類似於文件描述符）。
與文件描述符不同的是，每用一個IPC對象標識符就持續＋1,達到最大值時再從零開始。
IPC標識需要程序員自己創建（類似於創建文件）。
2、IPC鍵值
創建IPC鍵值的依據（類似創建文件的文件名），也是一個非負整數。
1、自定義（不建議，可能會衝突）。
2、自動生成（項目路徑，項目編號）。
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
注意：項目路徑一定要是有效路徑，生成IPC鍵依靠的是路徑而不是字符串。
3、IPC對象的創建用到的宏
IPC_PRIVATE 創建IPC對象時永遠創建成功。
IPC_CREAT 對象存在則獲取，不存在則創建。
IPC_EXCL 如果對象已經創建，則創建失敗。
4、IPC對象銷燬／控制用到的宏
IPC_STAT 獲取IPC對象的屬性
IPC_SET 設置IPC對象的屬性
IPC_RMID 刪除IPC對象
四、共享內存
共享內存就是內核中開闢一塊由IPC對象管理內存，進程A和進程B都用自己的虛擬地址與它進程映射，這樣他就共享了同一塊內存，然後就可以通信了。
特點：
1、不需要複製信息，是最快的一種進程間通信機制。
2、需要考慮同步問題（必須藉助其它的機制，如信號）。
編程模型：
進程A 進程B
生成IPC鍵值 ftok 生成IPC鍵 ftok
創建共享內存 shmget 獲取共享內存 shmget
映射共享內存 shmat 映射共享內存 shmat
使用共享內存 *ptr 使用共享內存 *ptr
取消映射 shmdt 取消映射 shmdt
刪除共享內存 shmctl …
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg)
功能：創建／獲取共享內存
key：IPC鍵，由ftok函數生成
size：共享內存的大小，最好是4096的整數倍，獲取共享內存時，此值無效。
shmflg：
0 獲取共享內存
IPC_CREAT 創建
IPC_EXCL 如果存在則創建失敗
返回值：成功返回共享內存標識（IPC標識），失敗返回-1。
void* shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
功能：映射共享內存
shmid：共享內存標識符，shmget函數的返回值。
shmaddr：進程提供的虛擬地址，與內核中的內存映射用的，也可以是NULL（內核會自動選擇一個地址映射）。
shmflg：
0 自動分配
SHM_RDONLY 只讀權限
SHM_RND 當shmaddr不爲空時shmaddr向下取整頁。
返回值：映射成功後的虛擬地址。
int shmdt(const void *shmaddr);
功能：取消虛擬地址與共享內存的映射
shmaddr：被映射過的虛擬地址
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds* buf);
功能：刪除共享內存，獲取／設置共享內存的屬性
shmid：共享內存標識符shmget的返回值
cmd：
IPC_STAT 獲取共享內存的屬性
IPC_SET 設置共享內存的的屬性
IPC_RMID 刪除IPC共享內存
struct shmid_ds {
struct ipc_perm shm_perm； // 內存所有者及權限
size_t shm_segsz; // 內存的大小
time_t shm_atime; // 最後的映射時間
time_t shm_dtime; // 最後的取消映射時間
time_t shm_ctime; // 最後修改時間
pid_t shm_cpid; // 創建者進程ID
pid_t shm_lpid; // 最後映射／取消映射的進程ID
shmatt_t shm_nattch; // 映射的次數
struct ipc_perm {
key_t __key; // IPC鍵值
uid_t uid; // 有效用戶ID
gid_t gid; // 有效組ID
uid_t cuid; // 創建者的用戶ID
gid_t cgid; // 創建者組ID
unsigned short mode; // 權限
unsigned short __seq; // IPC標識
五、消息隊列
消息隊列就是由內核負責管理的一個管道，可以按順序發送消息包（消息類型＋消息內容），可以全雙工工作，可以不按消息的順序接收消息。
int msgget(key_t key, int msgflg);
功能：創建／獲取消息隊列
key：IPC鍵值，由ftok函數自動生成
msgflg：
0 獲取消息隊列
IPC_CREAT 創建消息隊列
IPC_EXCL 如果存在則創建失敗
返回值：消息隊列標識
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
功能：向消息隊列發送消息
msqid：消息隊列標識，msgget函數的返回值
msgp：結構指針
struct msgbuf {
long mtype; //消息類型
char mtext[n]; //消息內容
};
msgsz：消息的長度，不包括消息類型，sizeof(msgbuf)-4。
msgflg：
0 阻塞，當消息隊列滿時，等待。
IPC_NOWAIT 不阻塞，當消息隊列滿時，不等待。
返回值：成功發送返回0，失敗返回-1。
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);
功能：從消息隊列中按類型獲取消息
msqid：消息隊列標識，msgget函數的返回值
msgp：
struct msgbuf {
long mtype; //消息類型
char mtext[n]; //消息內容
};
msgsz：要接收一消息的長度，可以長一些。
msgtyp：要接收的消息類型
0 接收任意類型的消息（接收隊列中第一個消息）。
>0 只接收msgtyp類型的消息
<0 接收消息隊列中小於等於msgtyp絕對值的消息，取小的那個。
msgflg：
0 阻塞，消息隊列中是否有對應類型的消息，沒有則等待。
1 不阻塞，消息隊列中沒有對應類型的消息，則返回。
----------------------------------------
MSG_NOERROR：
消息類型正確，而消息的實際長度大於msgsz，則不接收消息並返回-1。
如果msgflg帶MSG_NOERROR標誌，則把多餘的消息截取，成功接收。
IPC_NOWAIT：如果消息隊列沒有要接收的消息，則不等待，返回-1。
MSG_EXCEPT：接收消息隊列中第一個消息類型不是msgtyp的消息，編譯時添加-D_GNU_SOURCE參數。
返回值：成功接收到消息的字節數
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf)；
功能：刪除消息隊列，設置或獲取消息隊列屬性
msqid：消息隊列標識，msgget函數的返回值
cmd:
IPC_STAT 獲取消息隊列的屬性
IPC_SET 設置消息隊列的的屬性
IPC_RMID 刪除消息隊列
返回值：成功返回0，失敗返回-1。
struct msqid_ds {
struct ipc_perm msg_perm; // 權限
time_t msg_stime; // 最後一個消息發送時間
time_t msg_rtime; // 最後一次消息接收時間
time_t msg_ctime; // 最後一次修改時間
unsigned long __msg_cbytes; // 消息隊列中的字節數
msgqnum_t msg_qnum; // 消息隊列中消息的個數
msglen_t msg_qbytes; // 消息隊列中容納的最大字節數
pid_t msg_lspid; // 最後一次發送消息進程
pid_t msg_lrpid; // 最後一次接收消息進程
六、信號量
內核維護的計數量，用於管理多進程之間共享資源。
例如：有個變量n表示資源的數量，當有進程想要獨佔一個資源時，n的值要減1（可能減多個），如果n的值等於0（不夠減），則進程阻塞，直到n的值可以減再被喚醒，當資源使用完畢後n的要加1（可能加多個）。
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
功能：創建／獲取信號量
key：IPC鍵值
nsems：信號量的數量
semflg：
0 獲取信號量
IPC_CREAT 創建信號量（己存在則獲取，不存在則創建）。
IPC_EXCL 如果已經存在則創建失敗。
返回值：信號量標識
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
功能：操作信號量（對信號進行加／減操作）
semid：信號量標識，semget的返回值
sops：結構體數組
nsops：數組的長度
struct sembuf{
unsigned short sem_num; 信號量的下標
short sem_op; 操作
short sem_flg; 標記
IPC_NOWAIT 當信號量不夠減時，不阻塞。
SEM_UNDO 當進程結束時，信號量的值自動歸還。
int semtimedop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops,struct timespec *timeout);
功能：帶時間限制的操作信號量
struct timespec
__time_t tv_sec; 秒
long int tv_nsec; 納秒 1000000000
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
功能：初始化信號量，刪除信號量，獲取、設置信號量的屬性。
cmd：
GETALL 獲取所有信號量的值
GETNCNT 獲取信號量的數量
GETVAL 獲取某個信號量的值
SETALL 設置所有信號量的值
SETVAL 設置某個信號量的值
IPC_RMID 刪除信號量
IPC_STAT 獲取信號量的屬性
IPC_SET 設置信號量的屬性
// 獲取、設置信號量屬性
struct ipc_perm {
key_t __key;
uid_t uid;
gid_t gid;
uid_t cuid;
gid_t cgid;
unsigned short mode;
unsigned short __seq;
IPC_INFO 獲取信號量的信息
SEM_INFO 設置信號量的信息
struct seminfo
編程模型：
進程A 進程B
創建信號量 semget 獲取信號量
初始化信號量的值 semctl …
加減信號量 semop 加減信號量
刪除信號量 semctl …
注意：信號量是用來計數的，一定要與資源對應。