IO进程线程（IPC通讯）

一、IPC通讯机制

1）传统的通讯机制：

2）systemV 的通讯机制：

3）跨主机的通讯机制：

1、无名管道

1）无名管道的概念

2）无名管道的函数

3）无名管道通讯（亲缘进程）

2、有名管道

1）有名管道的概念

2）有名管道的函数

3）有名管道通讯（无亲缘进程）

3、信号

1）信号的概念

2）了解信号

3）信号的处理方式

4）signal（模拟中断）

练习：捕获信号 2）SIGHUP也就是ctrl c

练习：捕获信号 13）SIGPIPE 管道破裂

练习：使用signal回收僵尸进程

5）kill（给指定进程发送指定信号）

6）raise（给自己发送信号）

7）alarm（秒级定时器）

4、消息队列

1）消息队列原理

2）消息队列的指令（ipcs）

3）ftok（创建密钥）

4）stat（查看文件路径及属性）

5）msgget（创建消息队列）

6）msgsnd（发送信息）

7）msgrcv（接收信息）

8）msgctl（删除、获取、修改队列信息）

一、IPC通讯机制

IPC：是指（inter process communction）进程间通讯机制

进程之间通讯可以通过文件实现，但是进程之间不清楚是什么时候开始通讯，因此实时操作性差。

由此引出 IPC 通讯机制，他是通过内核空间共享实现，多个用户空间独立的进程之间通讯

1）传统的通讯机制：

1. 无名管道文件 pipo

2. 有名管道文件 fifo

3. 信号 signal

2）systemV 的通讯机制：

1. 消息队列 messge queue

2. 共享内存 shard memory

3. 信号灯集 semphore

3）跨主机的通讯机制：

嵌套字 socket

1、无名管道

1）无名管道的概念

1. 无名管道本质上是一个文件（管道文件 p ），但是存储在内核中，普通文件存储在硬盘上

2. 管道文件是特殊文件，只可以使用文件IO函数操作(open、write、read、close),lseek不允许使用

3. 管道需要满足队列的思想(先进先出)，管道中的数据是一次性的，读取数据后删除数据

4. 管道属于半双工通讯机制

5. 当管道的读写端同时关闭，此时管道的内存自动释放

6. 管道的大小位：64K

7. 无名管道只适用于有亲缘关系的进程间的通讯

8. 如果打开写端，关闭读端，写入字符会发生管道破裂（SIGPIPE）

2）无名管道的函数

格式：#include <unistd.h>int pipe(int pipefd[2]);
功能：创建无名管道
参数：int pipefd[2]：存储管道两端的文件描述符pipefd[0]:读端的文件描述符pipefd[1]:写端的文件描述符
返回值：成功返回0，失败返回-1，跟新errno

3）无名管道通讯（亲缘进程）

#include <25051head.h>
int main(int argc, const char *argv[]){//创建管道//pipefd[0]:读  pipefd[1]:写int pipefd[2];if(-1==pipe(pipefd)){ERRLOG("pipe error");}//无名管道用于存在亲缘关系之间的进程通信，所以需要创建父子进程pid_t pid=fork();if(pid==-1){ERRLOG("fork error");}else if(0==pid) //子进程{close(pipefd[1]);//读char buf[128]="";while(1){memset(buf,0,sizeof(buf));ssize_t res=read(pipefd[0],buf,sizeof(buf)-1);if(res==0){printf("读取到文件的结尾..\n");break;}else if(res==-1){ERRLOG("read error");}if(strcmp(buf,"quit")==0){printf("子进程退出..\n");break;}//读取成功printf("buf=[%s]\n",buf);}close(pipefd[0]);}else if(pid>0) //父进程{close(pipefd[0]);//写while(1){                                  char buf[128]="";fgets(buf,sizeof(buf),stdin);buf[strlen(buf)-1]='\0';//把buf写入到管道文件中write(pipefd[1],buf,strlen(buf));if(strcmp(buf,"quit")==0){printf("父进程退出..\n");break;}}close(pipefd[1]);}return 0;
}

2、有名管道

1）有名管道的概念

有名管道和无名管道特点一致，只有一点不同：有名管道可用于无亲缘关系的进程间通讯

2）有名管道的函数

格式：#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);功能:创建有名管道
参数：const char *pathname：创建有名管道的文件名以及路径mode_t mode：有名管道文件的权限 0664 0777
返回值：成功返回0，失败返回-1.跟新errno指令：mkfifo 路径及文件名

3）有名管道通讯（无亲缘进程）

3、信号

1）信号的概念

信号是软件层对中断的一种模拟

信号是异步通讯模式

异步是指任务和任务之间没有联系，按照CPU的时间片轮询机制访问

2）了解信号

信号可以通过指令 kill - l 查看

1 ~ 31：标准信号，当多次触发同一信号，内核只处理一次

34~ 64：实时信号，当多次触发同一信号是，会把信号存储到队列中，按照队列思想，逐个处理

编号	信号名	含义	快捷方式/触发方式
1	SIGHUP	终端挂断（如SSH连接断开、守护进程重载配置）	kill -1 或系统事件触发
2	SIGINT	终端中断请求（用户主动终止进程）	ctrl c
3	SIGQUIT	终端退出请求（类似SIGINT，生成核心转储用于调试）	Ctrl+\
4	SIGILL	非法指令（执行无效的CPU指令）	程序错误或硬件异常触发
5	SIGTRAP	断点陷阱（调试器捕获断点或单步执行）	调试器触发
6	SIGABRT	程序异常终止（由abort()函数触发）	assert()失败或 abort()调用
7	SIGBUS	总线错误（非法内存访问，如未对齐的内存操作）	硬件或内存错误触发
8	SIGFPE	浮点异常（如除以零、溢出）	算术运算错误触发
9	SIGKILL	强制终止进程（不可捕获或忽略）	kill -9
10	SIGUSR1	用户自定义信号（用途由程序定义，如重开日志）	kill -10
11	SIGSEGV	段错误（非法内存访问，如空指针解引用）	内存访问错误触发
12	SIGUSR2	用户自定义信号2（用途由程序定义）	kill -12
13	SIGPIPE	管道破裂（向无读端的管道写数据）	管道操作错误触发
14	SIGALRM	定时器超时（由alarm()或setitimer()设置）	定时器到期触发
15	SIGTERM	终止请求（允许程序优雅退出，默认kill命令发送的信号）	kill -15 或 kill （无参数）
16	SIGSTKFLT	协处理器栈错误（少见，部分系统未实现）	硬件协处理器错误触发
17	SIGCHLD	子进程状态变更（子进程终止或暂停）	子进程事件触发
18	SIGCONT	继续执行进程（恢复被暂停的进程）	fg 命令或 kill -18
19	SIGSTOP	暂停进程（不可捕获或忽略）	Ctrl+Z （部分系统行为）
20	SIGTSTP	终端暂停请求（后台进程尝试终端输入/输出）	Ctrl+Z
23	SIGURG	紧急数据到达（如TCP带外数据）	网络数据包触发
24	SIGXCPU	超出CPU时间限制（资源限制触发）	setrlimit() 设置超限触发
25	SIGXFSZ	超出文件大小限制（如写入超过 ulimit 限制的文件）	文件操作超限触发
26	SIGVTALRM	虚拟定时器超时（基于进程的虚拟时间）	setitimer(ITIMER_VIRTUAL) 触发
27	SIGPROF	性能分析定时器超时（统计CPU时间）	setitimer(ITIMER_PROF) 触发
28	SIGWINCH	终端窗口大小变化（如调整终端窗口）	终端尺寸变更事件触发
29	SIGIO	异步I/O事件（文件描述符准备就绪）	I/O事件触发（需配置fcntl()）
30	SIGPWR	电源故障（系统关机前通知进程）	UPS或电源管理事件触发
31	SIGSYS	无效系统调用（执行不存在或参数错误的系统调用）	非法系统调用触发
34	SIGRTMIN	实时信号起始编号（自定义用途，范围： SIGRTMIN ~ SIGRTMAX，通常34~64）	kill -34 或更高编号

3）信号的处理方式

信号屏蔽：在执行信号处理时，连续触发同一个信号，该信号只处理一次，这个行为我们称之为信号屏蔽，但是可以触发其他信号。

1. 执行默认操作：当触发信号时，执行默认的信号处理函数

2. 忽略信号：当触发信号时，忽略该信号不做处理

3. 捕获信号：当触发信号时，执行我们想让他执行的函数

4）signal（模拟中断）

格式：#include <signal.h>typedef void (*sighandler_t)(int);sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);功能：信号处理，接收到指定信号，并选择处理方式(执行默认函数，忽略，捕获)
参数：int signum:指定信号，接收到该信号后，执行操作(可以填信号编号，也可以填信号(大写字母))sighandler_t handler: 有以下指定参数SIG_IGN: 忽略信号SIG_DFL: 执行默认操作填函数名(函数首地址): 触发执行该函数注意：9)SIGKILL 和 19)SIGSTOP 不允许捕获和忽略返回值：成功返回上一个信号处理，失败返回SIG_ERR 更新 errno

练习：捕获信号 2）SIGHUP也就是ctrl c

练习：捕获信号 13）SIGPIPE 管道破裂

练习：使用signal回收僵尸进程

5）kill（给指定进程发送指定信号）

格式：#include <signal.h>int kill(pid_t pid, int sig);功能：发送信号给进程或者进程组
参数：pid_t pid：>0: 把信号发送给进程等于pid的进程=0：把信号发送给当前进程组下的所有有权发送的进程=-1：把信号发送给系统的所有进程，除了没有权限发送的init进程<0:但不是-1. 先取绝对值，进程组id,把信号发送给改进程组下有权发送的进程int sig：信号的编号 或者 宏0：会做错误检测，不发送信号
返回值：成功返回0，失败返回-1.跟新errno

6）raise（给自己发送信号）

格式：#include <signal.h>int raise(int sig);功能：给调用者进程发送信号(自杀)
参数：int sig表示发送的信号编号 或在宏
返回值:成功返回0，失败返回非0

7）alarm（秒级定时器）

格式：#include <unistd.h>unsigned int alarm(unsigned int seconds);完全等价于：alarm--->kill(getpid(),14)   14) SIGALRM
功能：发送一个时钟信号
参数：unsigned int seconds：几秒闹钟响
返回值：返回上一次闹钟没有触发的剩余秒数，如果没有则返回0

可以将alarm放在执行函数内，重复触发alarm。

4、消息队列

1）消息队列原理

消息队列在内核中申请一片空间，把信息打包成结点存储在内核缓冲区中，进程通过访问内核缓冲区中结点实现通讯

1. 把数据打包成结点（数据类型、数据内容）

2. 需满足队列思想（先进先出），即使按类型读取数据，也要满足队列思想

3. 在读取消息队列的数据后，数据默认会删除

4. 消息队列属于全双工通讯机制

5. 消息队列不会随着进程的结束而结束，需要手动删除或者电脑重启