進程間通信(IPC)：操作系統爲用戶提供的幾種進程間通信方式。
管道–用於進程間的數據傳輸
本質：內核中的一塊緩衝區–通過半雙工（可以選擇方向的單向通信）通信實現數據傳輸。
原理：通過讓多個進程都能訪問到同一塊緩衝區，來實現進程間通信。
管道分類：匿名管道\命名管道
匿名管道
概念：這塊內核中的緩衝區沒有標識。
特性：只能用於具有親緣關係的進程間通信。子進程通過複製父進程的方式，獲取到管道的操作句柄進而實現訪問一個管道通信。
創建管道時，操作系統會提供兩個操作句柄（文件描述符），其中一個用於從管道讀取數據，一個向管道寫入數據。每次通信時只能有一個操作。
文件描述符：內核（kernel）利用文件描述符（file descriptor）來訪問文件。文件描述符是非負整數。打開現存文件或新建文件時，內核會返回一個文件描述符。讀寫文件也需要使用文件描述符來指定待讀寫的文件。相當於就是內核給這個文件的一個標記。
int pipe(int pipefd[2]);創建一個匿名管道，向用戶通過參數pipefd返回管道的操作句柄。
pipefd[0]:用於從管道讀取數據
pipefd[1]:用於從管道寫入數據
返回值：0-成功，-1-失敗
特性：若管道中沒有數，則read會阻塞；若管道寫滿了，則write會阻塞；管道自帶同步與互斥。
同步：對臨界資源訪問的合理性。一個進程使用完資源之後，若是還要再次使用，若有其他進程等待使用資源，該進程就必須排隊等待。
互斥：通過保證同一時間只有一個進程能夠訪問臨界資源，保證臨界資源訪問的安全性。對管道進行數據操作的大小不超過PIPE_BUF=4096的時候，則保證操作的原子性。
若管道所有的寫端被關閉（表示當前沒有進程繼續寫入數據了），read讀完管道中的數據之後，就不會再阻塞而是返回0。
若管道所有讀端被關閉（表示沒有進程讀取數據了），繼續write會觸發異常，程序退出。
管道的使用：
1 #include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<unistd.h>
4 #include<string.h>
5 int main(){
6
7 int pipefd[2]={0};
8 int ret=pipe(pipefd);
9 if(ret<0){
10 perror("pipe error");
11 return -1;
12 }
13 pid_t pid=fork();
14 if(pid<0){
15 perror("fork error");
16 return -1;
17 }else if(pid==0){
18 char buf[1024]={0};
19 int ret=read(pipefd[0],buf,1023);
20 printf("buf:[%s]-[%d]\n",buf,ret);
21
22 }else{
23 char *ptr="超級開心";
24 write(pipefd[1],ptr,strlen(ptr));
25 }
26 while(1){
27 printf("---------------------%d\n",getpid());
28
29 }
30
31 return 0;
32 }
命名管道
內核中的緩衝區具有標識符（標識符是一個可見於文件系統的管道文件），其他的進程可以通過這個標識符，找到這塊緩衝區（通過打開同一個管道文件，進而訪問到同一塊緩衝區），進而實現通信。
命令操作：mkfifo filename
int mkfifo(const char* pathname,mode_t mode)；—創建命名管道文件
pathname:管道文件名稱
mode:文件權限
創建管道文件：
1 #include<stdio.h>
2 #include<unistd.h>
3 #include<stdlib.h>
4 #include<sys/stat.h>
5 #include<errno.h>
6
7 int main(){
8
9 umask(0);
10 char* file="./test.fifo";
11 int ret=mkfifo(file,0664);
12 if(ret<0&&errno!=EEXIST){
13 perror("mkfifo error");
14 return -1;
15 }
16 return 0;
17 }
運行結果：
打開特性
若管道文件以只讀的方式打開，則會阻塞，直到這個管道文件以被以寫的方式打開。
若管道以只寫的方式發開，則會阻塞，直到這個管道文件被以讀的方式打開。
若管道以讀寫的方式打開，則不會阻塞。
打開特性：
1 #include<stdio.h>
2 #include<unistd.h>
3 #include<stdlib.h>
4 #include<sys/stat.h>
5 #include<errno.h>
6 #include<fcntl.h>
7 int main(){
8
9 umask(0);
10 char* file="./test.fifo";
11 int ret=mkfifo(file,0664);
12 if(ret<0&&errno!=EEXIST){
13 perror("mkfifo error");
14 return -1;
15 }
16 printf("create fifo success\n");
17 int fd=open(file,O_RDONLY);
18 if(fd<0){
19 perror("open error");
20 return -1;
21 }
22 printf("open fifo success\n");
23 return 0;
24 }
運行這個程序，程序阻塞在讀取管道這裏
當我們向管道中寫入數據後，程序運行結束。
管道特性
1.管道生命週期隨進程。
2.半雙工特性。
3.自帶同步和互斥。
4.提供字節流服務–有序，鏈接，可靠的字節流傳輸。
共享內存–用於進程間的數據共享
最快的進程間通信方式。爲什麼呢？
因爲共享內存直接通過虛擬地址映射訪問物理內存，而其他方式因爲都是在內核中的緩衝區，因此通信時會涉及到用戶態與內核態之間的兩次數據拷貝。但是共享內存通信方式不會，所以通信速度最快。
共享內存的實現：
1.創建共享內存–在物理內存上開闢一塊內存空間（具有標識符）。
2.將共享內存映射到各個進程的虛擬地址空間。
3.進程就可以通過虛擬地址直接訪問到共享內存–多個進程要是映射同一塊物理內存，就可以通過這塊內存實現數據共享。
4.解除映射關係。
5.刪除共享內存。
查看&刪除進程間通信資源命令：
ipcs:查看進程間通信資源 ipcrm:刪除進程間通信資源
-m:查看共享內存
-q:查看消息隊列
-s:查看信號量
int shmget(key_t key,int size,int flag);–創建共享內存
key：共享內存的標識符，多個進程通過相同的標識符可以打開同一塊共享內存
size:共享內存大小
flag:IPC_CREAT（存在打開，不存在創建）|IPC_EXCL（報錯，不報錯） |權限
返回值：成功返回一個操作句柄，失敗返回-1
void shmat(int shmid,void addr,int flag)；–映射共享內存
shmid:共享內存操作句柄
addr:映射到虛擬地址空間的首地址，通常置NULL
flag:通常0-可讀可寫 SHM_RDONLY-只讀
返回值：
成功，返回映射的虛擬空間首地址，通過這個地址對共享內存進行操作
失敗，返回-1
int shmdt(void shmstart);–解除映射*
shmstart:映射到虛擬地址空間的首地址
成功返回0，失敗返回-1
int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds buf);–刪除共享內存*
shmid:共享內存操作句柄
cmd:具體對共享內存要進行的操作—IPC_RMID（刪除共享內存）
成功返回0，失敗返回-1
修改共享內存中的值：
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/shm.h>
#define IPC_KEY 0x12345678
int main(){
//創建共享內存
int shmid=shmget(IPC_KEY,32,IPC_CREAT|0664);
if(shmid<0){
perror("create error");
return -1;
}
//映射共享內存
void* shmstart=shmat(shmid,NULL,0);
if(shmstart==(void*)-1){
perror("shmat errror");
return -1;
}
//修改共享內存中的值
int i=0;
while(1){
//格式化數據寫入標準輸出
//覆蓋式寫入
sprintf(shmstart,"%s-%d\n","share memory",i++);
sleep(1);
}
//解除映射
shmdt(shmstart);
//刪除映射
shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
return 0;
}
讀取共享內存中的值：
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/shm.h>
#define IPC_KEY 0x12345678
int main(){
//創建共享內存
int shmid=shmget(IPC_KEY,32,IPC_CREAT|0664);
if(shmid<0){
perror("create error");
return -1;
}
//映射共享內存
void* shmstart=shmat(shmid,NULL,0);
if(shmstart==(void*)-1){
perror("shmat errror");
return -1;
}
//讀取共享內存中的值
int i=0;
while(1){
printf("%s\n",shmstart);
sleep(1);
}
//解除映射
shmdt(shmstart);
//刪除映射
shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
return 0;
}
運行結果：
當刪除共享內存的時候，共享內存不會立即被刪除（因爲有可能會造成正在訪問的進程崩潰），而是將key修改爲0，表示這塊共享內存將不再繼續接收映射鏈接，當這塊共享內存的映射鏈接數爲0的時候則自動被釋放。
共享內存特性：
1.最快的進程間通信方式。
2.生命週期隨內核。
注意：共享內存的操作時不安全的（並不會自動具備同步與互斥關係，需要操作用戶進行控制）
消息隊列–用於進程間的數據傳輸
本質：內核中的一個隊列，多個進程通過向同一個隊列中添加節點和獲取節點實現通信。傳輸一個有類型（優先級）的數據塊。
特性：
1.自帶同步與互斥。
2.生命週期隨內核。
3.數據傳輸自帶優先級。
信號量–用於實現進程間的控制
作用：用於實現進程間的同步和互斥。
本質：內核中的一個計數器+pcb等待隊列（對資源進行計數）。
互斥的實現：
通過只有0/1的計數器，實現對臨界資源訪問狀態的標記；在訪問臨界資源之前先獲取信號量，計數-1；若計數<0則使進程等待（將進程pcb加入隊列）；否則可以對臨界資源進行訪問（並且在訪問期間，已經將臨界資源的狀態置爲不可訪問狀態，因此可以保證其他進程不會再訪問臨界資源），當前進程訪問完畢之後，則對計數器進行+1，並且喚醒一個進程（將一個pcb出隊，置爲運行狀態）。
同步的實現：
信號量是一個對資源的計數，可以通過計數判斷是否能夠獲取一個資源進行處理；若計數<0，則表示不能獲取（並且計數進行-1），則需要等待（加入pcb隊列）。這時候若其他進程產生一個資源，則會對計數進行+1，若計數<=0，則喚醒一個進程。假如說開始有100個停車位，每進來一輛車就會-1，當停車位數爲0的時候，說明停車場已經停滿了車，這時候再進來車時計數器還是會-1，但是車不能進入，只能在外面排隊等着，當停車場有車開走了，計數器+1（此時計數器的數不一定>0），並且喚醒等待隊列中的一個車，告訴他有停車爲了可以去停車了。
