（三）Linux系统编程之进程间通信

1.什么是IPC

a.进程间通信
i.InterProcess Communication

2.进程间通信常用的4种方式
a.管道-简单
b.信号-系统开销小
c.共享映射区 -（有无血缘关系的进程间通信都可以）
d.本地套接字 - 稳定

由于每个进程都有各自不同的用户地址空间，任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不见，所以进程之间要减缓数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲区。内核提供这种机制称之为进程间通信。

一、管道（匿名）

在这里插入图片描述
1.管道的概念
本质：
内核的缓冲区（内核里的一个空间）
伪文件 - 不占用磁盘空间（在硬盘上没有）
【因为它的操作跟文件IO操作一样，所以称之为伪文件】

特点：
两部分：
读端，写端，对应两个文件描述符
数据写端流入，读端流出。
数据是单向流动的–半双工

当操作管道的进程被销毁之后，管道自动释放了。

管道默认是阻塞的。【后端对管道操作就是对两个文件描述符的操作，而对文件描述符的操作就是文件的IO操作】

阻塞包括读和写。

①如果一个管道的写端一直在写，而读端的引⽤计数是否⼤于0决定管道是否会堵塞，引用计数大于0，只写不读再次调用write会导致管道堵塞；

②如果一个管道的读端一直在读，而写端的引⽤计数是否⼤于0决定管道是否会堵塞，引用计数大于0，只读不写再次调用read会导致管道堵塞；

③而当他们的引用计数等于0时，只写不读会导致写端的进程收到一个SIGPIPE信号，导致进程终止，只写不读会导致read返回0,就像读到⽂件末尾⼀样。

文件的读写不是read和write的行为，而是对文件描述符对应的文件的行为。

2.管道的原理
内部实现方式：队列
环形队列【通过算法实现，本质是线性队列】
特点：先进先出

缓冲区的大小
默认4K
大小会根据实际情况做适当的调整，不会无限放大

3.管道的局限性
队列：
数据只能读取一次，不能重复读取。【读取就把数据弹出去了】

半双工：就是数据传输的方向是单向的

匿名管道：
适用于有血缘关系的进程

4.创建匿名管道
int pipe(int fd[2]);
fd-传出参数
fd[0]-读端
fd[1]-写端

5.父子进程使用管道通信
单个进程能否使用管道完成读写操作？
可以

父子进程间通信是否需要sleep函数？
父写 --写的慢
子读 – 读的快
不需要

父进程fork出子进程，子进程也有两个文件描述符指向同一管道。
父进程关闭fd[0]，子进程关闭fd[1]，即父进程关闭管道读端，子进程关闭管道写端（因为管道只支持单向通信）。父进程就可以往管道里写，子进程可以从管道里读。

在这里插入图片描述

6.兄弟进程使用管道通信
父进程关闭读和写
父亲 - 资源回收

7.管道的读写行为

读操作
read(fd)

（1）有数据
read(fd) - 正常读，返回读出的字节数

（2）无数据
1>写端全部关闭

read解除阻塞，返回0
相当于读文件读到了尾部

2>没有全部被关闭

read阻塞

写操作

（1）读端全部关闭
管道破裂，进程被终止
内核会给当前进程发信号SIGPIPE【终止进程】

（2）读端没全部关闭
1>缓冲区写满了

write阻塞

2>缓冲区没有满

write继续写

如何设置非阻塞？
默认读写两端都阻塞
设置读端为非阻塞pipe(fd)

fcntl - 变参函数
a）复制文件描述符 - dup
b）修改文件属性 - open的时候对应flag属性

设置方法：

//获取原来的flags
int flags=fcntl(fd[0],F_GETFL);

//设置新的flags
flags |= O_NONBLOCK;
//或者
//flags= flags|O_NONBLOCK;
fcntl(fd[0],F_SETFL,flags);

8.查看管道缓冲区大小
命令
ulimit -a
【还可查看最大可支持的文件描述符的个数、栈空间的大小】

函数
fpathconf
【可查看很多属性：Linux下路径最长可写多长、文件描述符有多少个字符】

long size = fpathconf(fd[0],_PC_PIPE_BUF);

二、fifo

first in first out
在这里插入图片描述

1.特点

有名管道
在磁盘上有这样一个文件 ls -l ->p
伪文件，在磁盘大小永远为0
在内核中有一个对应的缓冲区
半双工的通信方式

2.使用场景

没有血缘关系的进程间通信

3.创建方式

命令：mkfifo 管道名
在这里插入图片描述
函数：mkfifo

4.fifo文件可以使用IO函数进行操作

open/close
read/write
不能执行lseek操作

5.进程间通信
a.fifo文件 — myfifo

两个不相干的进程 A(a.c) B(b.c)
a.c —> read

    int fd = open("myfifo",O_RDONLY);
     read(fd,buf,sizeof(buf));
     close(fd);

b.b.c — write

int fd1 = open("myfifo",O_WRONLY);
write(fd1,"hello,world",11);
close(fd1);

三、内存映射区

在这里插入图片描述
1.mmap - 创建内存映射

作用：将磁盘文件的数据映射到内存，用户通过修改内存就能修改磁盘文件。

函数原型：

void *mmap(
	void* adrr,			//映射区首地址，传NULL，内核
	
	size_t length,  	//映射区的大小
	//100byte -4k 都是4k的整数倍
	//不能为0
	//一般文件多大，length就指定多大
	
	int prot,			//映射区权限
	//此处的权限要大于等于fd【文件描述符，open】的权限！！！
	//PROT_READ -- 映射区必须要有读权限<重点>
	//PROT_WRITE 
	//PROT_READ | PROT_WRITE
	
	int flags,			//标志位参数
	//MAP_SHARED 修改了内存数据会同步到磁盘
	//MAP_PRIVATE 修改了内存数据不会同步到磁盘
	
	int fd,				//文件描述符
	//要映射的文件对应fd
	//通过 open() 得到对应的fd
	
	off_t offset		//映射文件的偏移量
	//作用：映射的时候后文件指针的偏移量
	//必须是4k的整数倍
	//通常为0
);

返回值：
映射区的首地址 – 调用成功
调用失败：MAP_FAILED

munmap - 释放内存映射区

函数原型：int munmap(void *addr,size_t length);

addr - - mmap的返回值，映射区的首地址
length - - mmap的第二个参数，映射区的长度

问题：

如果对mmap的返回值（ptr）做++操作（ptr++）,munmap是否能够成功？
不能。

如果open时O_RDONLY，mmap时prot参数指定PROT_READ | PROT_WRITE会怎样？
mmap调用失败
open文件指定的权限应该大于等于mmap第三个参数prot指定的权限

如果文件偏移量为1000会怎样？
必须是4096（4k）的整数倍

如果不检测mmap的返回值会怎样？
无法知道错误情况

mmap什么情况下会调用失败？
第二个参数length=0
第三个参数必须指定PROT_READ
fd对应的打开权限必须大于等于prot权限
偏移量：必须时4096的整数倍

可以open的时候指定O_CREAT一个新的文件来创建映射区吗？（就是创建一个映射区对应的文件不存在，先用O_CREAT指定open创建出来）

可以，需要做文件拓展
【文件拓展】
lseek
truncate(path,length)

mmap后关闭文件描述符，对mmap映射有没有影响？【close(fd)，然后打印返回的首地址的取值，验证该问题】
没有影响，只要映射区创建成功之后，就可以读取数据

对ptr越界操作会怎样？