進程間通信

由於進程之間在執行時，是完全獨立執行的，所有，進程間如果需要進行通信，就需要一塊共享的區域，我們可以通過創建一個多個進程共享的區域，將所需要共享的數據放在這個共享區當中，當進程間需要通信的時候，寫數據的進程將數據寫入該區域，需要讀數據的進程將數據從該區域中讀取出來。
##進程間通信的分類

管道

System V進程間通信

POSIX IPC
##管道

管道是進程間通信的一種手段，通過在內核中創建一個共享區域，來實現進程間的通信，注意，所在區域是內核，內核，內核
###管道應該如何理解呢？

管道在邏輯結構上就是一根管道，你可以理解爲水管道，這根管道有兩端，一個是讀端，一個是寫端

管道的設計是半雙工的，也就是，一個進程在對管道進行寫操作的時候，其他進程只能讀取，這個寫的進程佔據了這個管道的寫端，除非這個進程關閉這個管道的寫端，否則其他進程不能對這個管道進行寫入操作，讀端同理，也是隻能有一個進程進行讀取，直到這個進程關閉讀端。那麼爲什麼不能多個進程同時對這個管道進行讀取或者寫入呢？因爲如果多個進程對管道進行寫入的話，那管道里存儲的數據順序就會亂，因爲操作系統在進行進程調度的時候，每一個進程都可能會被隨時切走和切入，這樣的話，如果多個進程同時擁有同一個管道的讀端或寫端，就會出現讀寫混亂.大概可以理解爲，一根管道同時只能被兩個進程所使用，如果有多個進程同時使用一根管道的話，就會出現讀寫混亂的情況。

在使用管道的時候，如果進程只進行寫操作，那就關閉讀操作。反之亦然。

在linux中，一切皆文件，既然如此，那管道是就是文件，那進程在打開文件的時候，就會在PCB中的file_struct記錄文件的文件描述符，後面對管道的一切操作都是對文件描述符的操作。（如果你不是很懂文件描述符是什麼東西，我還有一個博客是介紹文件描述符的，可以去看看）

如何開闢一個匿名管道以及使用這個匿名管道

在linux中，系統已經提供了管道的系統調用，下面的這個是匿名管道，在這個後面還有命名管道

匿名管道只能進行有親緣關係的進程進行通信，常用於父子進程間的通信

命名管道可以進行任意進程間的通信

#include<unistd.h>

int pipe(fd[2]);//匿名管道

這裏面的參數 fd[0] 是管道的讀端 fd[1]是管道的寫端。我們等會對管道進行操作的時候，就是通過這兩個文件描述符進行操作的。返回值如果是0，就表示管道申請成功。如果失敗，返回失敗碼

在下面的例子中，我用兩個進程的方式，進行了一個進程間管道通信的演示，父進程讀取，子進程寫數據，最後，父進程將數據打印在屏幕上

這個代碼是匿名管道的創建方法，匿名管道只能進行有親緣關係的進程進行通信，常用於父子進程

#include<stdio.h>
  #include<string.h>
  #include<unistd.h>
  #include<error.h>
  
  int main()
  {
      if(pipe(fd) != 0)//創建管道
      {perror("pipe create");}
      int id = fork();//創建進程
      if(id > 0)//父進程
      {
          char buf[100];
          close(fd[1]);
          sleep(5);
          ssize_t s = read(fd[0],buf,sizeof(buf));//從讀端讀取數據
          if(s < 0)
          {perror("read");}
          buf[s] = 0;//將讀到的最後一個字符的後一個字符設置爲 \0，方便打印
          printf("%s\n",buf);
      }
      else if( id == 0 )//子進程
      {
          int i = 0;
          const char *msg = "hello world\n";
          close(fd[0]);
          while(1)
          {
              write(fd[1],msg,strlen(msg));//向寫端寫數據
              sleep(1);
              i++;
              if(i > 5)
              {break;}
          }
      }
      else//創建進程失敗
      {perror("fork create");}
      return 0;
  }

以上便是匿名管道的創建和使用了

如何開闢一個命名管道，並使用這個命名管道進行進程間的通信

命名管道相比於匿名管道，更像一個文件，命名管道通過在目錄下創建一個管道文件，通過這個管道文件進行通信，而不是匿名管道那樣，在內核中進行管道的創建。

相關函數

int fifo(const char *filename,mode_t mode);

如果使用命名管道，需要注意的是mode的值，權限mode決定了這個管道可以進行寫和讀。

爲了驗證管道可以進行不同非親緣進程間的通信，我們可以採用兩個程序，一個負責向管道里寫，一個負責讀，然後打印出來，這樣的程序，來驗證進程間的通信。

命名管道在打卡的時候，進程必須知道，要打開的管道文件的路徑，然後才能打開這個管道文件

  #include<stdio.h>   //這個進程負責讀取管道的數據
  #include<stdlib.h>
  #include<unistd.h>
  #include<fcntl.h>
  #include<sys/types.h>
  #include<sys/stat.h>
  
  #define FIFO "./myfifo"
  
  int main()
  {
      umask(0);
  
      if(mkfifo(FIFO,0644) < 0)
      {
          perror("mkfifo");
          return 1;
      }
  
      char buf[1024];
      int fd = open(FIFO,O_RDONLY);
      if(fd > 0)
      {
          while(1)
          {
  
  
          ssize_t s = read(fd, buf, sizeof(buf) - 1);
          if(s > 0)
          {
              buf[s]= 0;
              printf("client->server : %s",buf);
  
          }else{
              printf("read error\n");
              exit(1);
  
          }
  
          }
      }
      else{
          perror("open file");
          return 1;
      }
      close(fd);
      return 0;
  }

 #include<stdio.h>//這個進程負責往管道里面寫數據
 #include<string.h>
 #include<stdlib.h>
 #include<unistd.h>
 #include<fcntl.h>
 #include<sys/types.h>
 #include<sys/stat.h>
 
 #define FIFO "./myfifo"
 
 int main()
 {
     char buf[1024];                                         
     int fd = open(FIFO,O_WRONLY);
     if(fd < 0)
     {
         perror("open file");
     }
 
     while(1)
     {
         printf("Please Enter# ");
         fflush(stdout);
         ssize_t s = read(0,buf,sizeof(buf) - 1);
         if(s > 0)
         {
             buf[s] = 0;
             write(fd,buf,s);
         }
         else{
             break;
         }
     }
 
 
     close(fd);
     return 0;
 }

管道的四種情況

讀端不讀，但是寫端已經把緩衝區寫滿了
這種情況的話，由於寫端已經把緩衝區寫滿了，但是讀端不讀，管道就會阻塞，寫端不能進行寫入，直到讀端開始將數據讀走，才能繼續進行寫入

寫端不寫，但是讀端已經把緩衝區讀完了
如果讀端已經將緩衝區讀完了，緩衝區裏已經沒有數據了，讀端就會阻塞，直到寫端往緩衝區裏寫數據，讀端才能繼續讀

讀端不讀，同時關閉了讀端
讀端如果不讀數據，同時關閉了讀端的話，就說明，寫端寫入的數據不會被讀端讀走，那麼寫端所寫的數據就是沒有意義的，所以，操作系統對此的處理就是，結束寫進程

寫端不寫，同時關閉了寫端
寫端不寫數據，但是關閉了寫端，由於已經沒有人會給寫端裏寫數據了，讀端在讀完緩衝區裏的所有數據後，讀進程就會被操作系統殺掉

共享內存

共享內存就和他的名字一樣，是一個被多個進程所共享的一個內存區域，共享內存所在的區域是用戶態，不需要像管道一樣，如果需要數據的訪問，就必須進行用戶態和內核態的切換，提高了效率。
共享內存存在的時間，是不受進程結束限制的，即使一塊共享內存沒有一個進程掛接，但是依舊是存在於內存中的數據區的，所以，在使用完共享內存之後，一定要記得釋放共享內存。
共享內存在使用的時候，需要進程顯示的掛接共享內存，才能進行共享內存的使用，當共享內存的掛接數不爲0時，是不能被釋放的。一塊共享內存可以被多個進程所掛接，一個進程也可以掛接多個共享內存

共享內存在開闢的時候，需要一個唯一的共享內存標識，記住，這個共享內存標識，是多少不重要，重要的是，必須是唯一的，要產生這個唯一的共享內存標識，就需要調用一個共享內存標識生成方法 ---- ftok ，通過這個方法，可以產生一個這樣的唯一的標識，然後用這個標識，去向操作系統申請共享內存

共享內存接口展示

int shmget(key_t key,size_t size,int shmflg);//申請共享內存
//key ：共享內存段的名字，必須是唯一的  
//size：你所要開闢的共享內存的大小
//shmflg ：權限，具體是啥，可以查看man手冊
void *shmat(int shmid, const *shmaddr, int shmflg);//掛接共享內存
//shmid ：在進行shmget的時候，返回的值就是id
//shmaddr：連接指定的地址，想讓核心自動選擇的話，設置爲NULL
//shmflg： 也是權限 兩個值 SHM_RND和SHM_RDONLY
int shmdt(const void *shmaddr);//刪除掛接共享內存
//shmaddr：由shmat所返回的指針
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);//刪除共享內存
//shmid：有shmget所獲得的標識
//cmd：要採取的動作 三個 有：IPC_STAT IPC_SET IPC_RMID，最後一個是刪除共享內存段
//指向一個保存着共享內存模式狀態和訪問權限的數據結構，一般是NULL

爲了實現兩個不相干的進程間進行通信，我和前面一樣，通過創建兩個進程，一個負責向共享內存裏寫數據，一個負責從共享內存裏讀數據，通過這種形式，實現共享內存的進行間通信


#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>

#define PATH_NAME "/tmp"
#define PROJ_ID 0x6666 
int main()
{
	int ret;
	key_t key = ftok(PATH_NAME,PROJ_ID);//ftok函數通過路徑名加一個proj_id來生成一個唯一的共享內存標識符 key
	if(key < 0)
	{
		perror("ftok");
		ret = 1;
		return ret;
	}
	int shm_id = shmget(key,4096,IPC_CREAT);//創建一個共享內存，如果這個共享內存已經存在了，就返回這個共享內存，如果不存在，就返回錯誤
	if(shm_id == -1)
	{
		perror("shmget");
		ret = 2;
		return ret;
	}
	void *str = shmat(shm_id,NULL,0);//掛接共享內存
	if((signed long long )str < 0)
	{
		perror("shmat");
		ret = 3;
		return ret;
	}
	int i;
	for(i = 0;i < 26;i++)
	{
		((char *)str)[i] = 'A' + i;//向這個共享內存裏寫數據
		sleep(1);
	}
	return 0;
}

 #include<unistd.h>
 
 #include<string.h>
 #include<stdio.h>
 #include<sys/types.h>
 #include<sys/ipc.h>
 #include<sys/shm.h>
 
 #define PATH_NAME "/tmp"
 #define PROJ_ID 0x6666 
 int main()
 {
     int ret;
     key_t key = ftok(PATH_NAME,PROJ_ID);
     if(key < 0)
     {
         perror("ftok");
         ret = 1;
         return ret;
     }
     int shm_id = shmget(key,4096,IPC_CREAT|IPC_EXCL);//創建共享內存，如果這個共享內存不存在就創建它，然後返回
     if(shm_id == -1)
     {
         perror("shmget");
         ret = 2;
         return ret;
     }
     void *str = shmat(shm_id,NULL,0);//掛接共享內存
     if((signed long long )str < 0)
     {
         perror("shmat");
         ret = 3;
         return ret;
     }
     int i = 0;
     sleep(3);
     for(i = 0;i < 26; i++)
     {
         printf("cilent -> server:%s\n",(char *)str);//輸出這個共享內存裏的數據
         sleep(1);
     }
     shmdt(str);
     shmctl(shm_id,IPC_RMID,NULL);
 }

以上就是進程間通信的一部分東西了，包括匿名管道，命名管道，共享內存

進程間通信是什麼？如何實現進程間的通信

進程間通信

如何開闢一個匿名管道以及使用這個匿名管道

如何開闢一個命名管道，並使用這個命名管道進行進程間的通信

管道的四種情況

共享內存

共享內存接口展示

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