1. 进程间通信的目的：
①数据传输：一个进程的数据发送给另一个进程；
②资源共享：多个进程之间共享同样的资源；
③通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它们发生了某种事件；
④进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行，此进程希望能够拦截另一个进程的全部操作，并能够及时直到它的状态发生了什么改变；
2. Linux进程间通信（IPC）由三个部分发展而来：①Unix进程间通信；②基于system V系统进程间通信；③POSIX进程间通信；
system V是贝尔实验室开发的一个Unix操作系统分支；
POSIX全称可移植操作系统接口，由IEEE发布该标准，各主流操作系统均支持，目的是提高应用程序的可移植性；
3. Linux在进程间通信的方式包括：
①无名管道（PIPE）、有名管道（FIFO）：可能会装满、为空，即读写可能会阻塞，其收发消息都要经过缓冲区，当做特殊设备文件对待；同步通信特性；
②信号（signal）：异步通信特性；
③消息队列：消息链表，比管道的容量大；
④共享内存：最快速，效率最高；
⑤套接字(socket)（大材小用）：即可多机，也可以单机通信；
4. 管道通信
（1）简介
①：管道本质是一个队列，是单向的、先进先出，一个进程在管道的尾部写入数据，另一个进程从管道的头部读出数据；
②数据被一个进程读出后，对应数据将从管道中删除；
③流控制机制：进程在读空管道时，进程将阻塞；进程在向满管道写入数据时，进程也会阻塞；
④配合进程使用时，需要在创建子进程前调用管道创建函数，将管道创建好，这样子进程才可以继承对应的管道；
⑤管道分为无名管道、有名管道，区别如下：
| 无名管道PIPE | 有名管道FIFO | |
| 生命周期 | 随进程持续（不属于内核） | 随内核持续 |
| 作用范围 | 用于父子进程之间的通信 | 用于任意两个进程之间通信 |
（2）函数实现
无名管道创建
| 函数原型 | int pipe(int filedis[2]); |
| 示例 | int pipe_fd[2]; //注意提前定义数组，一定要是2个元素； pipe(pipe_fd); //此条命令之后，2个元素分别代表了读写管道，可以把每个元素当做一个文件描述符：可以理解为它创建了两个文件，分别将文件描述符赋值给了2个元素，并且默认打开了这两个文件； ①pipe_fd[0]：read读管道 ②pipe_fd[1]：write写管道 注意用完之后要分别关闭管道： ①close(pipe_fd[0]); ②close(pipe_fd[1]); |
| 参数 | filedis[2]：提前定义好的数组（只有两个元素）； |
| 返回值 | 0：创建成功 -1：创建失败 |
| 头文件 | #include<unistd.h> |
特性：①数据从一个管道读出后，该数据将被从管道中删除；
②管道空时，再读会阻塞；管道满时，再写会阻塞；若要更改为非阻塞，配合
③通常先在进程创建前生成管道，再创建子进程，这样子进程就可以继承管道，父子进程间就可以通信；这种通信是半双工方式；即fork()前用pipe()创建管道；
无名管道创建
| 函数原型 | int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode); |
| 示例 | vim fifo.dada; //提前创建一个fifo文件（空的，没有内容），就是普通的空文件； mkfifo("./fifo.data", 0666); if(fork>0) //在父进程中 fd = open("./fifo.data",O_WRONLY); write(fd, "hello", 6); else //在子进程中 fd = open("./fifo.data",O_RDONLY); read(fd, buff, 10); printf("%s", buff); 详见下图 |
| 参数1 | pathname:FIFO文件名 |
| 参数2 | mode：属性（与open文件操作的属性一致） |
| 返回值 | 0：创建成功 -1：创建失败 |
| 头文件 | #include<sys/types.h> #include<sys/stat.h> |
5. 信号通信
（1）简介
①信号（signal）机制是Unix中最老的进程间通信方式，信号的来源主要有：用户按键产生信号、硬件异常产生信号、进程用kill命令将信号发送给另一个进程等；
②信号类型，常用的几种信号：
| SIGINT | 来自键盘的中断信号（CTRL-C） |
| SIGKILL | 该信号结束接收信号的进程 |
| SIGTERM | kill命令发出的信号 |
| SIGCHLD | 标识子进程停止或结束的信号 |
| SIGSTOP | 来自键盘（CTRL-Z）或调试程序的停止执行信号 |
| SIGHUP | 从终端上发出的结束信号 |
③信号的处理方式：三种
| 忽略此信号 | SIGKILL、SIGSTOP不能被忽略，其他的默认忽略； |
| 执行用户指定的动作 | 在用户函数中，执行用户希望的处理 |
| 执行系统默认动作 | 按照默认进行 |
（2）函数实现：发送信号的函数有两个：kill、raise；区别就在于：
| kill | raise |
| 既可以向自身进程发送信号，也可以向指定的进程发送信号 | 只可以可以向自身进程发送信号 |
| 函数原型 | int kill(pid_t pid, int signo); int raise(int signo); |
| 示例 | / |
| 参数1 | pid,指定的进程号，有4种情况： ①pid>0:将信号发送给进程id为pid的进程； ②pid==0：将信号发送给同组的进程； ③pid<0：将信号发送给其进程组id等于pid绝对值的进程； ④pid==-1：将信号发送给所有进程； |
| 参数2 | signo,信号种类 |
| 返回值 | 0：成功 -1：失败 |
| 头文件 | #include<sys/types.h> #include<signal.h> |
alarm
使用alarm可以设置一个闹钟时间，时间到了，产生SIGALRM信号，如果不捕捉该信号，默认动作是终止该进程；需要配合pause函数使用；每个进程只能有一个闹钟起作用；
| 函数原型 | unsigned int alarm(unsignde int seconds) |
| 示例 | / |
| 参数1 | seconds:指定的秒数； |
| 返回值 | 0：成功 >0：被后一个闹铃覆盖后前一个闹铃剩余的时间； |
| 头文件 | #include<unistd.h> |
pause
作用是使调用该函数的进程挂起，直至捕捉到一个信号，只有执行了一个信号处理函数后，挂起才结束；
| 函数原型 | int pause(void) |
| 示例 | / |
| 参数 | 无参数； |
| 返回值 | 0：成功 >0：被后一个闹铃覆盖后前一个闹铃剩余的时间； |
| 头文件 | #include<unistd.h> |
（3）信号处理函数，一般采用signal函数；
| 函数原型 | void ( *signal ( int signo, void ( *func ) ( int ) ) ) ( int ) ; |
| 示例 | signal ( SIGINT, myfunc); //该进程得到SIGINT信号后去执行myfunc自定义函数，而SIGINT就是myfunc的参数； 详见下图； |
| 参数1 | signo:信号种类（如SIGINT等）； |
| 参数2 | func：自定义函数的函数名； |
| 返回值 | 0：成功 -1：失败 |
| 头文件 | #include<signal.h> |
6. 共享内存通信
（1）简介
①共享内存是指被多个进程共享的一部分物理内存（存在于内核中，其地址映射到进程中），共享内存是进程间共享数据的一种最快的方法；
②实现分为4个步骤：创建共享内存（shmget函数），映射共享内存（shmat函数）、解除映射（shmdt函数）、关闭共享内存（shmctl函数）；
（2）函数实现(课件中的shm_comm.c较全面)
shmget：创建共享内存
| 函数原型 | int shmget (key_t key, int size, int shmflg); |
| 示例 | / |
| 参数1 | key，标识共享内存的键值，可以是指2种情况： ①IPC_PRIVATE:此时由内部分配一块新的共享内存； ②0，那么第三个参数shmflg也要设置为IPC_PRIVATE，那么等同于第一个参数直接设置为IPC_PRIVATE； |
| 参数2 | size，需要的共享内存大小，以字节为单位； 系统内核实际分配会以一页（4k）个字节为单位分配； |
| 参数3 | shmflg，通常设置为IPC_CREAT，设置共享内存的文件属性权限，举例： 0666|IPC_CREAT； |
| 返回值 | >0：成功，返回共享内存id，称为共享内存标识符，就像文件描述符一样； -1：失败 |
| 头文件 | #include<shm.h> |
shmat：映射共享内存
| 函数原型 | char* shmat (int shmid, char * shmaddr, int flag); |
| 示例 | / |
| 参数1 | shmid,就是shmget返回的共享内存标识符； 整体上就是把第一个参数的共享内存地址映射到第二个参数，即进程； |
| 参数2 | shmaddr，当前进程的内核地址，一般不指定，直接写NULL； |
| 参数3 | flag，以什么方式来确定映射的地址，一般写0； 很少写SHM_RDONLY，表示只读打开； |
| 返回值 | 成功：返回该进程中被映射到的地址，可以设置一个char* 变量shm_addr接收；而后就可以当做字符串进行处理了，例如strcpy等； -1：失败，需要强制转换（char*），再错误处理； |
| 头文件 | #include<shm.h> |
shmdt：解除映射
| 函数原型 | int shmdt ( char * shmaddr ); |
| 示例 | / |
| 参数1 | shmaddr,就是映射函数shmat的映射返回值 |
| 返回值 | 0：成功 -1：失败 |
| 头文件 | #include<shm.h> |
shmctl：关闭共享内存
| 函数原型 | int shmctl (int shmid, int cmd, struct shmid_t *buff ); |
| 示例 | / |
| 参数1 | shmid，对应的共享内存标识符； |
| 参数2 | cmd，设置为IPC_RMID； |
| 参数3 | 直接写NULL； |
| 返回值 | 0：成功 -1：失败 |
| 头文件 | #include<shm.h> |
7. 消息队列通信
（1）简介
①本质是一个消息的链表，具有特定的格式，消息被读走后，队列中将没有该条记录；
②声明周期是随内核持续，需要人工删除或者关机重启内核才行；
③目前广泛使用的是“系统V”型的消息队列；
④每个消息队列对应唯一的键值；
（2）函数实现
ftok：键值创建
| 函数原型 | int ftok (char* pathname, char proj ); |
| 功能 | 返回文件名对应的键值 |
| 参数1 | pathname,文件名 |
| 参数2 | proj，项目名（不为0即可） |
| 返回值 | 0：成功 -1：失败 |
| 头文件 | #include<sys/types.h> #include<sys/ipc.h> |
msgget：打开、创建消息队列（整体类似于shmget）
| 函数原型 | int msgget (key_t key, int msgflg ); |
| 功能 | 返回与键值对应的消息队列描述字，类似于文件描述符； |
| 参数1 | key，上述ftok返回的键值； |
| 参数2 | msgflg，标志位，类似于shmget中的shmflg，都是表示以什么样的方式打开对应的消息队列： ①IPC_CREAT：创建新的消息队列 ②IPC_EXCL：与IPC_CREAT一同使用，表示如果要创建的消息队列已经存在，则返回错误，用 ‘ | ’ 隔开； ③IPC_NOWAIT：读写消息队列要求无法满足时，不阻塞，不常用； |
| 返回值 | 成功：与键值对应的消息队列描述字，类似于文件描述符； -1：失败 |
| 头文件 | #include<sys/types.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/msg.h> |
msgsnd：发送消息
| 函数原型 | int msgsnd (int msqid, struct msgbuf* msgp, int msgsz, int msgflg ); |
| 功能 | 向消息队列中发送一条消息； |
| 参数1 | msqid，已打开的消息队列id； |
| 参数2 | msgp，存放消息的结构； struct msgbuf { long mtype; //消息类型 char mtext [1]; //消息数据的首地址 |
| 参数3 | msgsz，消息数据长度； |
| 参数4 | msgflg，发送标志，通常设置为 ①0：阻塞； ②IPC_NOWAIT，非阻塞； |
| 返回值 | 0：成功 -1：失败 |
| 头文件 | #include<sys/types.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/msg.h> |
msgrcv：接收消息
| 函数原型 | int msgrcv (int msqid, struct msgbuf* msgp, int msgsz, long msgtyp, int msgflg ); |
| 功能 | 从msqid代表的消息队列中读取一个msgtyp类型的消息，并把消息存储在msgp指向的msgbuf结构中。 且读取消息后，队列中的这条消息将自动被删除； |
| 参数1 | msqid，已打开的消息队列id； |
| 参数2 | msgp，存放消息的结构； struct msgbuf { long mtype; //消息类型 char mtext [ n ]; //接收消息数据的首地址，可根据具体情况改动； |
| 参数3 | msgsz，消息数据长度； |
| 参数4 | msgtyp，和发送消息中存放消息数据中的消息类型保持一致； |
| 参数5 | msgflg，发送标志，通常设置为 ①0：阻塞； ②IPC_NOWAIT，非阻塞； |
| 返回值 | 0：成功 -1：失败 |
| 头文件 | #include<sys/types.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/msg.h> |
8. 信号量
（1）信号量又称信号灯，主要用途是保护临界资源；进程可以根据它判定是否能够访问某些共享资源。处理用于访问控制，还可以用于进程同步；
（2）二值信号灯只能取0或者1，类似于互斥锁，但是两个不同：信号灯强调共享资源，只要共享资源可以用，其他进程同样可以修改信号灯的值；而互斥锁更强调进程，占用资源的进程使用完资源后，必须有进程本省来解锁；
（3）计数信号灯的值可以取任意非负值；