LInux多程序開發II
阿新 • • 發佈：2021-08-09
1.程序間通訊。
- 程序是獨立的資源分配單元，不同程序之間的資源是獨立的，沒有關聯，不能在一個程序中直接訪問另一個程序的資源。
- 程序之間可以進行資訊的互動和狀態的傳遞，稱為程序間通訊（IPC：Inter Processes Communication）。
- 程序間通訊：資料傳輸、通知時間、資源共享、程序控制。
- 同一主機程序通訊。匿名管道、有名管道、訊號、訊息佇列、共享記憶體、訊號量。
- 不同主機（網路）通訊。Socket。
- Unix系統程序間通訊。
- 管道是在核心記憶體中維護的緩衝區，不同的作業系統大小不同。
- 管道擁有檔案的特質：讀寫操作。匿名管道沒有檔案實體；有名管道有檔案實體，但不儲存資料。管道的兩端可以分別用兩個檔案描述符表示。可以用操作檔案的方式對管道進行操作。
- 一個管道是一個位元組流，使用管道不存在訊息或訊息邊界的概念，從管道讀取資料的程序可以讀取任意大小的資料塊，而不管寫入程序寫入管道的資料塊大小是多少。
- 通過管道傳遞的資料是順序的，從管道讀取出來的位元組的順序和被寫入管道的順序完全一致。
- 管道的資料傳遞方向是單向的，一端用於寫入，一端用於讀取，管道是半雙工的。
- 從管道讀資料是一次性操作，資料一旦被讀走就被從管道中拋棄並釋放空間可以寫入更多的資料。在管道中無法使用lseek()來隨機訪問資料。
- 匿名管道只能在具有公共祖先的程序之間使用。子程序通過fork()創建出來與父程序共享檔案描述符，因此可以根據相同的檔案描述符進行通訊。
- 實現：迴圈陣列。由兩個檔案描述符標誌分別讀寫位置。
#include <unistd.h>
int pipe(int pipedfd[2]);
- 作用：建立一個匿名管道，用來程序間通訊。
- pipefd[2]: 傳出引數。pipefd[0]，對應管道的讀端；pipefd[1]，對應管道的寫端。
- 返回值：成功返回0，失敗返回1。
注意：
1.匿名管道只用於具有關係的程序之間的通訊。
2.管道預設是阻塞的，如果管道中沒有資料，read阻塞；如果管道滿了，write阻塞。
# 檢視管道緩衝大小命令
$ ulimit -a
# 檢視管道緩衝大小函式
#include <unistd.h>
long fpathconf(int fd, int name);
long size = fpathcong(pipefd[0], _PC_PIPE_BUF);- 所有指向管道寫端的檔案描述符都關閉了（管道寫端引用計數為0），有程序從管道的讀端讀取資料，那麼管道中剩餘的資料被讀取之後，再次read會返回0，就像讀到檔案末尾一樣。
- 如果有指向管道寫端的檔案描述符沒有關閉（管道寫端引用計數大於0），而持有管道寫端的程序沒有往管道中寫資料，這個時候若有程序從管道中讀取資料，那麼管道中剩餘的資料被讀取之後，再次read會阻塞，直到管道中有資料可以讀了才讀取資料並返回。
- 所有指向管道讀端的檔案描述符都關閉了（管道讀端引用計數為0），這個時候有程序往管道中寫資料，那麼該程序會受到一個訊號SIGPIPE，通常會導致程序終止。
- 如果有指向管道讀端的檔案描述符沒有關閉（管道讀端引用技術大於0），而持有管道讀端的程序也沒有從管道讀資料，這時有程序向管道寫資料，那麼管道在被寫滿的時候再次write阻塞，直到管道中有空位置能再次寫入資料並返回。
int flags = fcntl(fd[0], F_GETFL); # 獲取原來的flag flags |= O_NONBLOCK; # 修改flag的值 fcntl(fd[0], F_SETFL, flags); # 設定新的flag7.有名管道（FIFO）。
- 有名管道提供了一個路徑名與之關聯（即：有一個實體檔案），以FIFO的檔案形式存在與檔案系統中。其開啟方式與開啟普通檔案一樣，因此通過訪問該路徑即可通過FIFO通訊。
- 與匿名管道的區別：1. FIFO有檔案實體，但是其內容存放於記憶體中；2.當使用FIFO的程序退出後，FIFO檔案繼續儲存在檔案系統中之後可以繼續使用；3.FIFO有名字，不相關的程序可以通過開啟有名管道進行通訊。
# 建立管道命令
mkfifo 名字
# 通過函式建立，建立FIFO之後檔案IO函式（open、read、write、close）都可用於FIFO
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
- pathname: 管道名稱的路徑
- mode: 檔案的許可權
- 返回值： 成功返回0，失敗返回-1並設定errno
注意：
1.一個為開啟管道的只讀程序會阻塞，直到另一個只寫程序開啟管道；
2.一個為開啟管道的只寫程序會阻塞，直到另一個只讀程序開啟管道；
讀管道：
管道中有資料：read返回實際讀到的位元組數；
管道中無資料：a.管道寫端被全部關閉，read返回0；b.寫端沒有全部被關閉，read阻塞等待
寫管道：
管道讀端被全部關閉，程序異常終止（收到一個SIGPIPE訊號）；
管道讀端沒有全部關閉：a.管道已滿，write阻塞；b.管道沒滿，write寫入資料，並返回實際寫入的位元組數
9.記憶體對映。將磁碟檔案的資料對映到記憶體中，程式可以通過修改記憶體就能修改磁碟檔案。
- 同一個檔案可以對映到不同程序的虛擬記憶體空間，因此某個程序修改記憶體後，系統會同步檔案的修改，則另一個將記憶體對映到檔案的程序即可收到訊息。
- 可以實現程序間通訊：1.有關係的程序（父子程序）；2.沒有關係的程序間通訊。
- 記憶體對映區通訊是非阻塞的。
#include <sys/mman.h>
void mmap(coid *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
- 作用：將一個檔案或者裝置的資料對映到記憶體中
- addr: NULL，由核心指定
- length: 要對映的資料的長度，這個值不能為0，建議使用檔案的長度，使用stat或者lseek獲取檔案的長度
- prot: 對申請的記憶體對映區的操作許可權，PROT_EXEC 可執行許可權；PROT_READ 讀許可權；PROT_WRITE 寫許可權；PROT_NONE 沒有許可權
- flags: MAP_SHARED 對映區的資料會自動和磁碟檔案進行同步，程序間通訊，必須設定這個選項；MAP_PRIVATE 不同步，記憶體對映區的資料改變了，對原檔案不會修改，會建立一個新的檔案（copy on write）
- fd: 需要對映的檔案的檔案描述符，通過open()得到，檔案大小要>0
- offset: 偏移量，4k的整數倍，0表示不偏移
- 返回值：成功返回建立的記憶體的首地址，失敗返回MAP_FAILED ((void *) -1)
int munmap(void *addr, size_t length);
- 作用：釋放記憶體對映
- addr: 要釋放的記憶體地址
- length: 要釋放的記憶體的大小，和mmap引數的length一樣
10.使用記憶體對映實現程序間通訊：
- 有關係的程序（父子程序）
- 沒有關係的程序間通訊
- 如果對mmap的返回值（ptr）做++操作（ptr++），munmap是否能成功？
void *ptr = mmap(...); ptr++; // 可以操作 munmap(ptr, len); // 錯誤，應該儲存使用之前的地址
- 如果open時O_RDONLY，mmap時prot引數指定PROT_READ|PROT_WRITE會怎樣？
錯誤，返回MAP_FAILD open()函式的許可權要大於等於prot的許可權。 e.g.: open()讀寫，prot可以讀寫/只讀/只寫 open()只讀，prot只能只讀
- 如果檔案偏移量是1000會怎樣？
返回錯誤MAP_FAILED，偏移量只能是4k的整數倍
- mmap什麼情況下會呼叫失敗？
1. 第二個該引數length = 0 2. 第三個引數 prot 只有寫許可權 3. 第三個引數有 PROT_READ | PROT_WRITE 許可權，而第五個引數fd通過open開啟時的許可權是O_RDONLY / O_WRONLY（記憶體許可權大於檔案許可權）
- 可以open的時候O_CREAT一個新檔案來建立對映區嗎？
可以，但是建立的檔案大小為0不行，需要對新檔案進行擴充套件（ lseek() / truncate() ）
- mmap後關閉檔案描述符，對mmap對映有沒有影響？
int fd = open("xxx");
mmap(,,,,fd,0);
close(fd);
對映區還存在，建立營社群的fd被關閉，沒有影響。
- 對ptr越界操作會怎麼樣？
void *ptr = mmap(NULL,100,,,,); 越界操作操作的是非法記憶體，造成段錯誤12.匿名對映：不需要檔案實體進行一個記憶體對映。只能用於父子程序間通訊。
mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARD | MAP_ANONYMOUS, -1, 0); 檔案描述符 fd = -1 prot 要指定為 PROT_ANONYMOUS