Linux系统编程——进程间通信（一）-白红宇

Linux系统编程——进程间通信（一）

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发布时间：2019-06-15

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基本操作命令：

ps -ajx/-aux/-ef 查看进程间状态/的相互关系

top 动态显示系统中的进程

nice 按照指定的优先级运行 /renice 改变正在运行的进程的优先级

kill -9杀死进程

jobs 查看后台进程数

进程的结构、类型、状态、模式

0.Linux中进程包括三段：

(1)数据段。存放的是全局变量，常量以及动态内存的数据空间。

(2)正文段。存放的是程序中的代码。

(3)堆栈段。存放的是函数的返回地址，函数的参数以及局部变量。

进程类型：交互进程，既可以在前台运行，也可以在后台运行。该类进程是由shell控制和运行的。

批处理进程，不属于某个终端，被提交到一个队列中以便顺序执行。

守护进程：系统开始时执行，系统关闭时结束。

1.系统中专用的进程：

(1)ID为0的进程是调度进程，通常称为交换进程，该进程是内核的一部分，它并不执行任何磁盘上的程序，因此也被称为系统进程。

(2)ID为1 的进程是init进程，init进程通常读与系统有关的初始化文件，并将系统引导到一个状态。init进程绝不会终止，init进程是所有孤儿进程的父进程。

(3)ID为2的进程是页守护进程，此进程负责支持虚拟存储系统的分页操作。

　　2.子进程是父进程的副本，子进程获得父进程的数据空间，堆和栈的副本。这是子进程拥有的独立的空间。父子进程并不共享这些存储空间，父子进程共享正文段。fork之后到底是先执行父进程还是子进程是不一定的，取决于内核所使用的调度算法，如果要求父子进程之间相互同步，则要求进程间的通信。

vfork也能创建进程，但是不能产生父进程的副本，当子进程需要改变内存中的数据时，才拷贝父进程。

父进程与子进程的区别：

fork的返回值不同；

　　进程ID不同；

　　父进程设置的文件锁不会被子进程继承；

　　子进程未处理的闹钟被清除；

　　子进程未处理的信号集设置为空集。

(1)孤儿进程：对于所有父进程终止的所有进程，他们的父进程都变为init进程。init无论何时只要有一个进程终止，init就会调用一个wait函数取得其终止状态。这样就防止了系统中好多个僵尸进程。

(2)僵尸进程：子进程结束，父进程没有收尸。

(3)进程间数据共享。

exec函数族：当进程认为自己不能为系统和用户做出任何贡献的时候，就可以调用exec函数族，让自己执行新的程序。如果某个进程在执行一个程序的时候想执行另一个程序，则首先创建子进程，在子进程中间调用exec函数。在用exec函数是要加上出错判断。

传统的进程间通信

(1)无名管道：无名管道是半双工的，数据只能想一个方向流动，具有固定的读端和写端；无名管道只能用于父子进程或者兄弟进程(具有亲缘关系的进程)之间。

无名管道单独构成一种独立的文件系统；管道是基于文件描述符的通信方式，当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符，其中fd[0] 固定于读管道，fd[1] 固定于写管道。管道只存在于内存中。

管道的读写：

管道是一种文件，因此对管道的读写同read()和write()函数。

一个进程向管道中写得内容被管道的另一端进程读出。写入的内容每次都添加在管道的尾端，并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。

当父子进程对管道进程读写的时候，如果父进程执行写操作，则关闭相应的读管道的文件描述符；而子进程进行写操作，它将关闭相应的读操作。

当管道为空的时候，读操作会阻塞，向管道中写数据的时候Linux操作系统不保证写入的原子操作，管道中只要有空闲区域写进程会试图向管道中写入数据。如果读操作不读走缓冲区的数据，则写操作一直会阻塞。只有在读管道存在时，写管道才有意义，不

然则会受到系统发出的SIGPIPE信号(管道破裂)。应用程序可以处理该信号，也可以忽略(默认动作则是终止程序)。

#include <unistd.h>

int pipe(int fd[2])

(2)有名管道：不同于有名管道之处在于它提供一个路径名与之关联，有名管道可以使不相关的进程之间进行通信。以FIFO的文件形式存在于文件系统中。

注意：FIFO严格遵循先进先出，对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据，对他们的写则是把数据添加到末尾。不支持lseek()等文件操作。

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode)

该函数的第一个参数是一个普通的路径名，也就是创建后FIFO的名字。第二个参数与打开普通文件的open()函数中的mode 参数相同。如果mkfifo的第一个参数是一个已经存在的路径名时，会返回EEXIST错误，所以一般典型的调用代码首先会检查是否返回该错误，如果确实返回该错误，那么只要调用打开FIFO的函数就可以了。一般文件的I/O函数都可以用于FIFO，如close、read、write等等

无名管道由一个在基本文件系统存储设备上的INODE，一个与其相连的内存INODE，两个打开文件控制块（分别对应管道的信息发送端和信息接收端）及其所属进程的描述信息来标识，在系统执行PIPE（P）命令行之后生成。并在P[0]中返回管道的读通道打开文件描述等，在P[1]中返回管道的写通道打开文件描述符。从结构上看，无名管道没有文件路径名，不占用文件目录项，因此文件目录结构中的链表不适用于这种文件，它只是存在于打开文件结构中的一个临时文件，随其所依附的进程的生存而生存，当进程终止时，无名管道也随之消亡。

送入管道的信息一旦被读进程取用就从管道中消失了，读写操作之间符合先进先出的队列原则。

管道文件是进程间通信的工具，为了尽量少的占用系统存储资源，一般系统均将其限制为最大长度为4096（PIPSIZ）字节的小型文件。当欲写入的消息超过4096字节时，就产生了读、写进程之间的同步问题。首先写操作查找PIPE文件中当前指针的偏移量F-OFFSET，然后从此位置开始尽量写入信息，当长度达到4096字节时，系统控制写进程进入睡眠状态，一直等待读进程取走全部信息时，文件长度指针置0，写进程才被唤醒继续工作。

为防止多个进程同时读写一个管道文件而产生混乱，在管道文件的INODE标志字I-FLAY项中设置了ILOCK标志项，以设置软件锁的方式实现多进程间对管道文件的互斥使用。

无名管道存在着如下两个严重的缺点。

第一，无名管道只能用于连接具有共同祖先的进程。

第二，无名管道是依附进程而临时存在的。所以后来推出了一种无名管道的变种-有名管道，它常被称为FIFO。有名管道除继承了无名管道的所有特性优点之外，还屏弃了无名管道的两个缺点。

首先，FIFO是一种永久性的机构，它具有普通的UNIX系统文件名。在系统下可利用MKNOD命令建立永久的管道，除非刻意删除它，否则它将一直保持在系统中。

其次，正是由于有名管道以“文件名”来标识，所以只要事先约定某一特定文件名，那样所有知道该约定的服务进程，不论它们之间是否有亲属关系，都可以便利地利用管道进行通信。

通过下面的命令可以创建一个命名管道：

/etc/mknod pipe_name p

其中“pipe_name”是要创建的命名管道的名字，参数p 必须出现在命名管道名字之后。

named pipes(命名管道）管道具有很好的使用灵活性，表现在：

1) 既可用于本地，又可用于网络。

2) 可以通过它的名称而被引用。