Linux進程間通信

Linux下的進程間通信機制：大致包括：

管道
信號（在Windows上成爲消息）
消息隊列
共享內存
信號量
套接字（socket）

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一、基本概念

• 管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用於具有親緣關係進程間的通信，有名管道克服了管道沒有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它還允許無親緣關係進程間的通信；
• 信號（Signal）：信號是比較複雜的通信方式，用於通知接受進程有某種事件發生，除了用於進程間通信外，進程還可以發送信號給進程本身；linux除了支持Unix早期信號語義函數sigal外，還支持語義符合Posix.1標準的信號函數sigaction（實際上，該函數是基於BSD的，BSD爲了實現可靠信號機制，又能夠統一對外接口，用sigaction函數重新實現了signal函數）；
• 報文（Message）隊列（消息隊列）：消息隊列是消息的鏈接表，包括Posix消息隊列system V消息隊列。有足夠權限的進程可以向隊列中添加消息，被賦予讀權限的進程則可以讀走隊列中的消息。消息隊列克服了信號承載信息量少，管道只能承載無格式字節流以及緩衝區大小受限等缺點。
• 共享內存：使得多個進程可以訪問同一塊內存空間，是最快的可用IPC形式。是針對其他通信機制運行效率較低而設計的。往往與其它通信機制，如信號量結合使用，來達到進程間的同步及互斥。
• 信號量（semaphore）：主要作爲進程間以及同一進程不同線程之間的同步手段。
• 套接口（Socket）：更爲一般的進程間通信機制，可用於不同機器之間的進程間通信。起初是由Unix系統的BSD分支開發出來的，但現在一般可以移植到其它類Unix系統上：Linux和System V的變種都支持套接字。

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二、管道實例：

  類似於水管，在兩個進程之間用來傳遞數據。管道是半雙工的，而且只能在共同父進程的進程之間使用。

int pipe ( int filedes[2] );

filedes返回兩個文件描述符，filedes[0]爲讀端，filedes[1]爲寫端。創建成功返回 0

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h> 
#include <string.h>
int main()
{
    int fd[2];
    pid_t pid;
    char buf[64] = "i'm parent process!!\n";   //父進程要寫入管道的內容
    char line[64];

    if (0 != pipe(fd))    //創建管道
    {
        fprintf(stderr,"Fail to create pipe!");
        return 0;      
    }

    pid = fork();
    if (pid < 0)
    {
        printf("fork failed!");
        return 0 ;
    }

    else if(0 == pid)   
    {
        close(fd[0]);   //關閉讀管道，使父進程只能寫
        write(fd[1],buf,strlen(buf));
        close(fd[1]);   //關閉寫管道
    }

    else
    {
        close(fd[1]);   //關閉寫管道
        read(fd[0],line,64);    //只能讀
        printf("DATA From Parents:%s",line);
        close(fd[0]);
    }
    return 0;

}

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三、共享內存

共享內存：進程需要可以被其他進程瀏覽的內存塊。希望訪問這個內存塊的其他進程請求對它的訪問，或由創建它的進程授予訪問內存塊的權限。可以訪問特定內存塊的所有進程對它具有即時可見性。
  共享內存被映射到使用它的每個進程的地址空間。所以，它看起來像是另一個在進程內聲明的變量。當一個進程寫共享內存，所有的進程都立即知道寫入的內容，而且可以訪問。進程間共享內存的關係與函數間全局變量的關係相似。

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
int shmdt(const void *shmaddr);
ftok():系統建立IPC通訊 （消息隊列、信號量和共享內存） 時必須指定一個ID值。通常情況下，該id值通過ftok函數得到

當然，也可以直接使用內核的：PC_PRIVATE
IPC_PRIVATE和ftok的比較

函數解析：
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
shmget 用來創建共享內存（成功創建，返回一個共享ID）：

• key是由ftok()函數生成的唯一關鍵字，用來標識該段內存，
• size參數指定需要的內存字節數
• shmflg：內存操作方式，有讀/寫兩種

把共享內存區對象映射到調用進程的地址空間
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

• shmid：共享內存ID
• shmaddr:指定共享內存出現在進程內存地址的什麼位置，直接指定爲NULL讓內核自己決定一個合適的地址位置
• shmflg : SHM_RDONLY:爲只讀模式，其他爲讀寫模式

從程序中分離一塊共享內存:
int shmdt(const void *shmaddr);

創建共享內存並向其中寫入數據：

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

int main()
{
    int shmid;
    char *ptr;
    char *shm_str = "string in 0X90";

    shmid = shmget(0x90,1024,SHM_W|IPC_CREAT|SHM_R|IPC_EXCL);  //創建共享內存(我們已經指定了0x99這段內存，所以無需調用ftok()函數獲得標誌)

    if (-1 == shmid)
    {
        perror("create share memory failed!");
    }

    ptr = (char *)shmat(shmid,0,0);   //通過共享內存ID獲取共享地址內存

    if ((void *) -1 == ptr)
        perror("get share memory");
    strcpy(ptr,shm_str);
    shmdt(ptr);
    return 0;
}

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讀取數據：

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

int main()
{
    int shmid;
    char *ptr;

    shmid = shmget(0x90,1024,SHM_W|SHM_R|IPC_EXCL);  //創建共享內存

    if (-1 == shmid)
    {
        perror("create share memory!");
    }

    ptr = (char *)shmat(shmid,0,0);   //通過共享內存ID獲取共享地址內存

    if ((void*) -1 == ptr)
        perror("get share memory failed");

    printf("string int share memeory : %s\n",ptr);
    shmdt(ptr);
    return 0;
}

首先得先執行write ， 因爲shmget這個函數創建共享內存區域。IPC_CREAT這個參數是代表不存在則創建，所以第二次執行的話需要去掉這個參數。

ipcs：查看當前共享資源。

當然也可以釋放指定的共享內存：

ipcrm -m  0

這裏0是shimd的值

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四、socket:

參考：服務器與多個用戶間的通信