进程间通信(Interprocess Communication,IPC)是指两个或者多个进程之间进行数据交换的过程 进程拥有独立的内存空间

类别

简单进程间通信

• 命令行参数（向子进程传递和exec系列函数）
  • 这里可以这么理解：在创建子进程的时候，命令行参数是共享的
  • 可以通过fork 的返回值，传递
• 环境列表 （子进程继承父进程的环境列表和exec系列函数）
• 信号 （信号本身就是一个数据，不同的信号表示不同的数据，sigqueue还可以携带信号附加值）
• 文件 (文件就不赘述，Linux下万物皆文件)

传统进程间通信

• 管道

  • 这里管道又可以细分为有名管道和无名管道
  • 有名管道

  # mkfifo fifo
  # echo 要写入的数据 > fifo
  # cat fifo
  # 管道本身不存储数据。可以当成水管来理解
  # 水桶(文件)才是存放数据的容器
  # 水管是负责运输，并且一根水管不可能同时做到往水桶里加水和取水 
  

  • 编程模型

  步骤	进程A	函数	进程B	步骤
  1	创建管道	mkfifo	----
  2	打开管道	open	打开管道	1
  3	读写管道	read/write	读写管道	2
  4	关闭管道	close	关闭管道	3
  5	删除管道	unlink

  • 无名管道 只适用于父子进程之间的通信

#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]);
//成功返回0   失败返回-1
pipefd[2]  作为输出参数 

• 编程步骤：

  • 通过输出参数pipefd得到两个文件描述符，其中 pipefd[0]用于读，pipefd[1]用于写
  • pipe函数在内核中创建管道文件，并打开两次，一次读，一次写
  • 需要在fork之前调用pipe函数
  • 调用fork创建子进程
  • 父子进程只允许使用无名管道的一端（如果进程想读，则必须关闭写，如果想写，则必须关闭读）
  • 写数据的进程关闭读端(pipefd[0])，读数据的进程关闭写端(pipefd[1])
  • 父子进程传输数据
  • 父子进程分别关闭自己的文件描述符

• 内存映射(mmap)

  • mmap/munmap底层不维护任何东西，只是返回一个首地址，所分配内存位于堆中
  • brk/sbrk底层维护一个白板纸地，记录所分配内存的结尾位置，所分配内存位于堆中，底层调用mmap/munmap
  • malloc底层维护一个双向链表和必要的控制信息，不可越界访问，所分配内存位于堆中，底层调用brk/sbrk
  • 每个进程都有虚拟的内存空间，虚拟内存地址只是一个数字 ，并没有和实际的物理内存将关联
  • 所谓内存分配与释放，其本质就是建立或者取消虚拟内存和物理内存之间的映射关系

  #include <sys/mman.h>
  //虚拟内存映射到物理内存或者文件
  void *mmap(
      void *addr,     //虚拟内存起始位置，如果为NULL则系统自动选定合适的虚拟内存，成功则返回 一般给NULL
      size_t length,  //映射长度，以字节为单位，自动按照(4K)页对齐
      int prot,       //映射权限
      int flags,      //映射标志
      int fd,         //文件描述符，如果映射到文件则需要指定  如果不是映射到文件(匿名映射)则给0即可
      off_t offset    //文件偏移量，自动按照页(4k)对齐
  );
  /*
  成功返回映射区内存的起地址，失败返回-1 (MAP_FAILED)
  prot  权限取值:
  PROT_EXEC  -  映射区可执行
  PROT_READ  -  映射区可读
  PROT_WRITE -  映射区可写
  PROT_NONE  -  映射区不可访问
      如果既需要读，也需要写，则  PROT_READ|PROT_WRITE
  flags  映射标志:
  MAP_FIXED          - 若在addr内存地址上无法创建映射，则失败(无此标志系统会自动调整合适位置)
  MAP_SHARED         - 对映射区域的写入操作直接写入到文件中
  MAP_PRIVATE        - 对映射区的写入操作只写入到缓冲区中，不会真正写入到文件
  MAP_ANONYMOUS      - 匿名映射  将虚拟内存映射到物理内存而非文件    忽略fd 和 offset参数
  MAP_DENYWRITE      - 拒绝其它对文件的写入操作
  MAP_LOCKED         - 锁定映射区域，保证其不被置换
      一定需要 MAP_SHARED 和 MAP_PRIVATE  二选一
  */
      
  //取消内存映射    
  int munmap(void *addr,size_t length);

XSI进程间通信

IPC标识

• 内核为每个进程间通信维护一个结构体形式的IPC对象
• 该IPC对象可通过一个非负整数的IPC标识来引用
• 与 文件描述符不同，IPC标识在使用时会持续加1，当达到最大值时，向0回转
• 非负整数，唯一标识一个进程间通信的IPC对象

IPC键值

• IPC标识是IPC对象的内部名称（编号）
• 若多个进程需要在同一个IPC对象上会合(使用同一个进程间通信渠道)，则必须通过键值作为其外部名称来引用该IPC对象，IPC键值外部名称
• 无论何时，只要创建IPC对象，就必须指定个键值
• 键值的数据类型在sys/types.h头文件中被定义为key_t类型，其原始类型就是长整型

两个进程如何在同一个IPC对象上汇合

• 方式一: 服务器进程以PIC_PRIVATE为键值创建一个新的IPC对象，并将该IPC对象的标识存放在某外(如文件中)，客户端进程就只可以去该文件中读取
• 方式二: 在一个公共头文件中，定义一个两个进程都认可的键值，服务器进程用此键值创建IPC对象，客户端进程用该键值获取 IPC对象
• 方式三: 两个进程事先约定好一个路径名和一个项目ID（0-255）,通过路径名和ID调用ftok函数，将二者转换为一个唯一的键值

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>

key_t ftok(const char *pathname,int pro_id);
pathname   -  一个真实存在的文件或者目录的路径名
pro_id     -  项目ID,低8位有效，其值域[0,255]
    
   成功返回键值，失败返回-1
    
注意：起作用的是pathname参数所表示的路径，而非pathname字符串本身

实现方式

• 共享内存

  基本特点：

  • 两个或者更多的进程，共享同一块系统内核负责维护的内存区域，其地址空间通常被映射到堆栈之间
  • 无需复制信息（数据），最快的一种IPC机制
  • 需要考虑同步访问的问题
  • 内核为每个共享内存，维护一个shmid_ds结构体形式的共享内存对象

  #include <sys/types.h>
  #include <sys/shm.h>
  
  //1.创建/获取共享内存     内核维护
  int shmget(key_t key,size_t size,int shmflg);
  /*
  	A.以参数key作为键值创建共享内存，如果共享内存已经存在，则获取该共享内存
  	B.size参数指定共享内存的大小(单位字节),建议取4096的整数倍
  		若希望创建共享内存，则必须指定size参数
  		若只是获取已有的共享内存，则size参数可以传递0
  	C.参数shmflg标识
  		0	-  获取，如果共享内存不存在则获取失败
  		IPC_CRE