多進(jìn)程編程知識(shí)匯總（附代碼例子）

進(jìn)程是指正在運(yùn)行的程序，它擁有獨(dú)立的內(nèi)存空間和系統(tǒng)資源，不同進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)不共享。進(jìn)程是資源分配的基本單位。

線程是進(jìn)程內(nèi)的執(zhí)行單元，它與同一進(jìn)程內(nèi)的其他線程共享進(jìn)程的內(nèi)存空間和系統(tǒng)資源。線程是調(diào)度的基本單位。

2、進(jìn)程的創(chuàng)建和銷毀

在Linux中啟動(dòng)一個(gè)進(jìn)程有多種方法：

（1）通過system函數(shù)啟動(dòng)進(jìn)程。（使用簡單，效率較低）

#include?

/**
?*?@brief?執(zhí)行系統(tǒng)命令調(diào)用命令處理器來執(zhí)行命令
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?command:?包含被請(qǐng)求變量名稱的?C?字符串
?*
?*?@return 如果發(fā)生錯(cuò)誤，則返回值為?-1，否則返回命令的狀態(tài)。
?*/
int?system(const?char?*command);

#include?
#include?

int?main(void)
{
????system("ls");
????printf("ls?end\n");

????return?0;
}

（2）通過fork函數(shù)啟動(dòng)進(jìn)程。（用于啟動(dòng)子進(jìn)程）

#include?
#include?

/**
?*?@brief?fork系統(tǒng)調(diào)用用于創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]
?*
?*?@return 如果發(fā)生錯(cuò)誤，則返回值為?-1，否則返回命令的狀態(tài)。
?*/
pid_t?fork(void);

#include?
#include?
#include?
#include?

int?main(void)?
{
????pid_t?res?=?fork();

????///
????if?(res?==?0)?
????{
????????printf("res?=?%d,?I?am?child?process.?pid?=?%d\n",?res,?getpid());
????????exit(EXIT_SUCCESS);???///
????}?
????///
????else?if?(res?>?0)?
????{
????????printf("res?=?%d,?I?am?parent?process.?pid?=?%d\n",?res,?getpid());

????????int?child_status?=?0;
????????pid_t?child_pid?=?wait(&child_status);???///
????????printf("Child?process(pid?=?%d)?has?been?terminated,?child_status?=?%d\n",?child_pid,?child_status);
????}?
????///
????else?
????{
????????printf("Fork?failed.\n");
????????exit(EXIT_FAILURE);
????}
????return?0;
}

（3）通過exec系列函數(shù)啟動(dòng)進(jìn)程。（用于啟動(dòng)新進(jìn)程，新進(jìn)程會(huì)覆蓋舊進(jìn)程）

#include?

/**
?*?@brief?啟動(dòng)新進(jìn)程，新進(jìn)程會(huì)覆蓋舊進(jìn)程
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?path:?所執(zhí)行文件的路徑
?*?@param[in]?file:?所執(zhí)行文件的名稱
?*?@param[in]?arg:?傳入的參數(shù)列表，以NULL作為結(jié)束
?*?@param[in]?envp:?傳入的環(huán)境變量
?*
?*?@return 如果發(fā)生錯(cuò)誤，則返回值為?-1，否則返回命令的狀態(tài)。
?*/
int?execl(const?char?*path,?const?char?*arg,?...);
int?execlp(const?char?*file,?const?char?*arg,?...);
int?execle(const?char?*path,?const?char?*arg,?...,?char?*const?envp[]);
int?execv(const?char?*path,?char?*const?argv[]);
int?execvp(const?char?*file,?char?*const?argv[]);
int?execve(const?char?*path,?char?*const?argv[],?char?*const?envp[]);

#include?
#include?

int?main(void)
{
????execl("/bin/ls",?"ls",?"-la",?NULL);
????printf("ls?end\n");
????return?0;
}

在Linux中終止一個(gè)進(jìn)程有多種方法：

• 從main函數(shù)返回。（正常終止）
• 調(diào)用exit()函數(shù)終止。（正常終止）
• 調(diào)用_exit()函數(shù)終止。（正常終止）
• 調(diào)用abort()函數(shù)終止。（異常終止）
• 由系統(tǒng)信號(hào)終止。（異常終止）

二、進(jìn)程間通信方式

進(jìn)程間通信是指在不同進(jìn)程之間傳播或交換信息的一種機(jī)制。每個(gè)進(jìn)程各自有不同的用戶地址空間，任何一個(gè)進(jìn)程的全局變量在另一個(gè)進(jìn)程中都看不到，所以進(jìn)程之間要交換數(shù)據(jù)必須通過內(nèi)核，在內(nèi)核中開辟一塊緩沖區(qū)，進(jìn)程A把數(shù)據(jù)從用戶空間拷到內(nèi)核緩沖區(qū)，進(jìn)程B再從內(nèi)核緩沖區(qū)把數(shù)據(jù)讀走，內(nèi)核提供的這種機(jī)制稱為進(jìn)程間通信。

進(jìn)程間通信的目的：

• 傳輸數(shù)據(jù)。比如進(jìn)程 A 負(fù)責(zé)生成數(shù)據(jù)，進(jìn)程 B 負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)需要從 A 進(jìn)程傳輸至 B 進(jìn)程。
• 共享資源。比如進(jìn)程 A 與進(jìn)程 B 共享某一塊內(nèi)存資源。
• 模塊化。將系統(tǒng)功能劃分為多個(gè)進(jìn)程模塊進(jìn)行開發(fā)，方便開發(fā)維護(hù)。
• 加速計(jì)算。多核處理器環(huán)境，一個(gè)特定進(jìn)程劃分為幾個(gè)進(jìn)程并行運(yùn)行。

Linux IPC（Inter-process Comminication， 進(jìn)程間通信）的方式：

1、消息隊(duì)列

內(nèi)核中的一個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，多個(gè)進(jìn)程通過訪問同一個(gè)隊(duì)列，進(jìn)行添加結(jié)點(diǎn)或者獲取結(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)通信。

POSIX消息隊(duì)列頭文件：

#include????????????/*?For?O_*?constants?*/
#include?????????/*?For?mode?constants?*/
#include?

編譯鏈接需要加上 -lrt 鏈接。

消息隊(duì)列API接口：

/**
?*?@brief?創(chuàng)建消息隊(duì)列實(shí)例
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?name:?消息隊(duì)列名稱
?*?@param[in] oflag：根據(jù)傳入標(biāo)識(shí)來創(chuàng)建或者打開一個(gè)已創(chuàng)建的消息隊(duì)列
????????????????????-?O_CREAT:?創(chuàng)建一個(gè)消息隊(duì)列
????????????????????-?O_EXCL:?檢查消息隊(duì)列是否存在，一般與O_CREAT一起使用
????????????????????-?O_CREAT|O_EXCL:?消息隊(duì)列不存在則創(chuàng)建，已存在返回NULL
????????????????????-?O_NONBLOCK:?非阻塞模式打開，消息隊(duì)列不存在返回NULL
????????????????????-?O_RDONLY:?只讀模式打開
????????????????????-?O_WRONLY:?只寫模式打開
????????????????????-?O_RDWR:?讀寫模式打開
?*?@param[in] mode：訪問權(quán)限
?*?@param[in] attr：消息隊(duì)列屬性地址
?*
?*?@return?成功返回消息隊(duì)列描述符，失敗返回-1，錯(cuò)誤碼存于error中
?*/
mqd_t?mq_open(const?char?*name,?int?oflag,??mode_t?mode,?struct?mq_attr?*attr);

/**
?*?@brief?無限阻塞方式接收消息
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?mqdes:?消息隊(duì)列描述符
?*?@param[in] msg_ptr：消息體緩沖區(qū)地址
?*?@param[in] msg_len：消息體長度，長度必須大于等于消息屬性設(shè)定的最大值
?*?@param[in] msg_prio：消息優(yōu)先級(jí)
?*
?*?@return?成功返回消息長度，失敗返回-1，錯(cuò)誤碼存于error中
?*/
mqd_t?mq_receive(mqd_t?mqdes,?char?*msg_ptr,?size_t?msg_len,?unsigned?*msg_prio);

/**
?*?@brief?指定超時(shí)時(shí)間阻塞方式接收消息
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?mqdes:?消息隊(duì)列描述符
?*?@param[in] msg_ptr：消息體緩沖區(qū)地址
?*?@param[in] msg_len：消息體長度，長度必須大于等于消息屬性設(shè)定的最大值
?*?@param[in] msg_prio：消息優(yōu)先級(jí)
?*?@param[in] abs_timeout：超時(shí)時(shí)間
?*
?*?@return?成功返回消息長度，失敗返回-1，錯(cuò)誤碼存于error中
?*/
mqd_t?mq_timedreceive(mqd_t?mqdes,?char?*msg_ptr,?size_t?msg_len,?unsigned?*msg_prio,?const?struct?timespec?*abs_timeout);

/**
?*?@brief?無限阻塞方式發(fā)送消息
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?mqdes:?消息隊(duì)列描述符
?*?@param[in] msg_ptr：待發(fā)送消息體緩沖區(qū)地址
?*?@param[in] msg_len：消息體長度
?*?@param[in] msg_prio：消息優(yōu)先級(jí)
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
mqd_t?mq_send(mqd_t?mqdes,?const?char?*msg_ptr,?size_t?msg_len,?unsigned?msg_prio);

/**
?*?@brief?指定超時(shí)時(shí)間阻塞方式發(fā)送消息
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?mqdes:?消息隊(duì)列描述符
?*?@param[in] msg_ptr：待發(fā)送消息體緩沖區(qū)地址
?*?@param[in] msg_len：消息體長度
?*?@param[in] msg_prio：消息優(yōu)先級(jí)
?*?@param[in] abs_timeout：超時(shí)時(shí)間
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
mqd_t?mq_timedsend(mqd_t?mqdes,?const?char?*msg_ptr,?size_t?msg_len,?unsigned?msg_prio,?const?struct?timespec?*abs_timeout);

/**
?*?@brief?關(guān)閉消息隊(duì)列
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?mqdes:?消息隊(duì)列描述符
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
mqd_t?mq_close(mqd_t?mqdes);

/**
?*?@brief?分離消息隊(duì)列
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?name:?消息隊(duì)列名稱
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
mqd_t?mq_unlink(const?char?*name);

send.c：

#include?
#include?
#include?
#include?
#include????????????/*?For?O_*?constants?*/
#include?????????/*?For?mode?constants?*/
#include?

#define?MQ_MSG_MAX_SIZE????512??///
#define?MQ_MSG_MAX_ITEM????5??///

static?mqd_t?s_mq;

typedef?struct?_msg_data
{
????char?buf[128];
????int?cnt;
}msg_data_t;


void?send_data(void)
{
????static?int?cnt?=?0;
????msg_data_t?send_data?=?{0};

????cnt++;
????strcpy(send_data.buf,?"hello");
????send_data.cnt?=?cnt;
????int?ret?=?mq_send(s_mq,?(char*)&send_data,?sizeof(send_data),?0);
????if?(ret?0)
????{
????????perror("mq_send?error");
????????return;
????}
????printf("send?msg?=?%s,?cnt?=?%d\n",?send_data.buf,?send_data.cnt);
}


int?main(void)
{
????int?ret?=?0;
????struct?mq_attr?attr;

????///
????memset(&attr,?0,?sizeof(attr));
????attr.mq_maxmsg?=?MQ_MSG_MAX_ITEM;
????attr.mq_msgsize?=?MQ_MSG_MAX_SIZE;
????attr.mq_flags?=?0;
????s_mq?=?mq_open("/mq",?O_CREAT|O_RDWR,?0777,?&attr);
?if(-1?==?s_mq)
????{
????????perror("mq_open?error");
????????return?-1;
????}

????for?(size_t?i?=?0;?i?10;?i++)
????{
????????send_data();
????????sleep(1);
????}

????mq_close(s_mq);

????return?0;
}

#include?
#include?
#include?
#include?
#include????????????/*?For?O_*?constants?*/
#include?????????/*?For?mode?constants?*/
#include?

#define?MQ_MSG_MAX_SIZE????512??///
#define?MQ_MSG_MAX_ITEM????5??///

static?mqd_t?s_mq;

typedef?struct?_msg_data
{
????char?buf[128];
????int?cnt;
}msg_data_t;

int?main(void)
{
????int?ret?=?0;
????struct?mq_attr?attr;
????char?recv_msg[MQ_MSG_MAX_SIZE]?=?{0};
????msg_data_t?recv_data?=?{0};
????int?prio?=?0;
????ssize_t?len?=?0;

????s_mq?=?mq_open("/mq",?O_RDONLY);
?if(-1?==?s_mq)
????{
????????perror("mq_open?error");
????????return?-1;
????}

????while?(1)
????{
????????if((len?=?mq_receive(s_mq,?(char*)&recv_data,?MQ_MSG_MAX_SIZE,?&prio))?==?-1)
????????{
????????????perror("mq_receive?error");
????????????return?-1;
????????}
????????printf("recv_msg?=?%s,?cnt?=?%d\n",?recv_data.buf,?recv_data.cnt);
????????sleep(1);
????}

????mq_close(s_mq);
????mq_unlink("/mq");

????return?0;
}

gcc?send.c?-o?send_process?-lrt
gcc?recv.c?-o?recv_process?-lrt

2、共享內(nèi)存

消息隊(duì)列的讀取和寫入的過程，會(huì)有發(fā)生用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)之間的消息拷貝過程。而共享內(nèi)存的方式則沒有這個(gè)拷貝過程，進(jìn)程間通信速度較快。

在物理內(nèi)存上開辟一塊內(nèi)存空間，多個(gè)進(jìn)程可以將同一塊物理內(nèi)存空間映射到自己的虛擬地址空間，通過自己的虛擬地址直接訪問這塊空間，通過這種方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

#include?
#include?
#include?

/**
?*?@brief?創(chuàng)建共享內(nèi)存實(shí)例
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?name:?要打開或創(chuàng)建的共享內(nèi)存文件名
?*?@param[in] oflag：打開的文件操作屬性
????????????????????-?O_CREAT:?創(chuàng)建一個(gè)共享內(nèi)存文件
????????????????????-?O_EXCL:?檢查共享內(nèi)存是否存在，一般與O_CREAT一起使用
????????????????????-?O_CREAT|O_EXCL:?共享內(nèi)存不存在則創(chuàng)建，已存在返回NULL
????????????????????-?O_NONBLOCK:?非阻塞模式打開，共享內(nèi)存不存在返回NULL
????????????????????-?O_RDONLY:?只讀模式打開
????????????????????-?O_WRONLY:?只寫模式打開
????????????????????-?O_RDWR:?讀寫模式打開
?*?@param[in] mode：文件共享模式，例如?0777
?*
?*?@return?成功返回共享內(nèi)存描述符，失敗返回-1，錯(cuò)誤碼存于error中
?*/
int?shm_open(const?char?*name,?int?oflag,?mode_t?mode);

/**
?*?@brief?刪除共享內(nèi)存
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?name:?創(chuàng)建的共享內(nèi)存文件名
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
int?shm_unlink(const?char?*name);

/**
?*?@brief?將打開的文件映射到內(nèi)存
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?addr:?要將文件映射到的內(nèi)存地址，一般應(yīng)該傳遞NULL來由Linux內(nèi)核指定
?*?@param[in]?length:?要映射的文件數(shù)據(jù)長度
?*?@param[in]?prot:?映射的內(nèi)存區(qū)域的操作權(quán)限（保護(hù)屬性），包括PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_READ|PROT_WRITE
?*?@param[in] flags:?標(biāo)志位參數(shù)，包括：MAP_SHARED、MAP_PRIVATE與MAP_ANONYMOUS。
?*?@param[in]?fd:??用來建立映射區(qū)的文件描述符，用?shm_open打開或者open打開的文件
?*?@param[in]?offset:?映射文件相對(duì)于文件頭的偏移位置，應(yīng)該按4096字節(jié)對(duì)齊
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
void?*mmap(void?*addr,?size_t?length,?int?prot,?int?flags,?int?fd,?off_t?offset);
?
/**
?*?@brief?取消內(nèi)存映射
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?addr:?由mmap成功返回的地址
?*?@param[in]?length:?要取消的內(nèi)存長度
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
int?munmap(void?*addr,?size_t?length);

/**
?*?@brief?將參數(shù)fd指定的文件大小改為參數(shù)length指定的大小
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?fd:?已打開的文件描述符，以寫入模式打開的文件
?*?@param[in]?length:?要設(shè)置的長度
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
int?ftruncate(int?fd,off_t?length);

/**
?*?@brief?獲取文件相關(guān)的信息，將獲取到的信息放入到statbuf結(jié)構(gòu)體中
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?fd:?已打開的文件描述符
?*?@param[out]?statbuf:?文件的信息
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
int?fstat(int?fd,?struct?stat?*statbuf);

send.c：

#include?
#include?
#include?
#include?
#include????????????/*?For?O_*?constants?*/
#include?????????/*?For?mode?constants?*/
#include?

#define?SHM_NAME?"/shm"

int?main(void)
{
????int?ret?=?0;

????///
????int?shm_fd?=?shm_open(SHM_NAME,?O_RDWR?|?O_CREAT,?0666);
????if?(shm_fd?==?-1)?
????{
????????printf("shm_open?error\n");
????}

????///
????ftruncate(shm_fd?,?8?*?1024);

????///
????struct?stat?filestat?=?{0};
????fstat(shm_fd,?&filestat);
????printf("st_size?=?%ld\n",filestat.st_size);

????///
????char?*shm_ptr?=?(char*)mmap(NULL,?filestat.st_size,?PROT_READ|PROT_WRITE,?MAP_SHARED,?shm_fd,?0);
????close(shm_fd);

????///
????char?buf[]?=?"hello?world";
????memmove(shm_ptr,buf,?sizeof(buf));
????printf("pid?%d,?%s\n",getpid(),?shm_ptr);

????///
????munmap(shm_ptr,?filestat.st_size);

????return?0;
}

#include?
#include?
#include?
#include?
#include????????????/*?For?O_*?constants?*/
#include?????????/*?For?mode?constants?*/
#include?

#define?SHM_NAME?"/shm"

int?main(void)
{
????///
????int?shm_fd?=?shm_open(SHM_NAME,?O_RDWR?|?O_CREAT,?0666);
????if?(shm_fd?==?-1)?
????{
????????printf("shm_open?failed\n");
????????exit(EXIT_FAILURE);
????}

????///
????ftruncate(shm_fd?,?8192);

????///
????struct?stat?filestat;
????fstat(shm_fd,?&filestat);
????printf("st_size?=?%ld\n",filestat.st_size);

????///
????char?*shm_ptr?=?(char*)mmap(NULL,?filestat.st_size,?PROT_READ|PROT_WRITE,?MAP_SHARED,?shm_fd,?0);
????close(shm_fd);
????
????///
????printf("pid?=?%d，?%s\n",?getpid(),?shm_ptr);
????munmap(shm_ptr,?filestat.st_size);
????shm_unlink(SHM_NAME);

????return?0;
}

gcc?send.c?-o?send_process?-lrt
gcc?recv.c?-o?recv_process?-lrt

對(duì)具有多個(gè)處理核系統(tǒng)消息傳遞的性能要優(yōu)于共享內(nèi)存。共享內(nèi)存會(huì)有高速緩存一致性問題，這是由共享數(shù)據(jù)在多個(gè)高速緩存之間遷移而引起的。隨著系統(tǒng)的處理核的數(shù)量的日益增加，可能導(dǎo)致消息傳遞作為 IPC 的首選機(jī)制。

3、socket

UNIX域套接字與傳統(tǒng)基于TCP/IP協(xié)議棧的socket不同，unix domain socket以文件系統(tǒng)作為地址空間，不需經(jīng)過TCP/IP的頭部封裝、報(bào)文ack確認(rèn)、路由選擇、數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重傳過程，因此傳輸速率上也不會(huì)受網(wǎng)卡帶寬的限制。

unix domain socket在進(jìn)程間通信同樣是基于“客戶端—服務(wù)器”（C-S）模式。

UNIX域套接字基本API接口使用例子：基于UNIX域套接字客戶端進(jìn)程向服務(wù)端進(jìn)程發(fā)送測試數(shù)據(jù)。

server.c：

#include?
#include?
#include?
#include?
#include????????????/*?For?O_*?constants?*/
#include?????????/*?For?mode?constants?*/
#include?
#include?
#include?
#include?

#define?SERVER_PATH?"/tmp/server"?

int?main(void)
{
?///
?int?server_fd?=?socket(AF_LOCAL,?SOCK_STREAM,?0);
?if(server_fd?0)
?{
??printf("socket?error\n");
??exit(EXIT_FAILURE);
?}

?///
?unlink(SERVER_PATH);
?struct?sockaddr_un?server_addr;
?memset((char*)&server_addr,?0,?sizeof(server_addr));
?server_addr.sun_family?=?AF_LOCAL;
?strncpy(server_addr.sun_path,?SERVER_PATH,?sizeof(server_addr.sun_path)-1);
?if(bind(server_fd,?(struct?sockaddr*)&server_addr,?sizeof(server_addr))?0)
?{
??printf("bind?error\n");
????????close(server_fd);
??exit(EXIT_FAILURE);
?}

?///
?if(listen(server_fd,?10)?0)?
?{
??printf("listen?error\n");
????????close(server_fd);
??exit(EXIT_FAILURE);
?}

????///
?int?addr_len?=?sizeof(struct?sockaddr);
????struct?sockaddr_un?client_addr;
?int?client_fd?=?accept(server_fd,?(struct?sockaddr*)&client_addr,?(socklen_t?*)&addr_len);
?if(client_fd?0)
?{
??printf("accept?error\n");
??close(server_fd);
??unlink(SERVER_PATH);
??exit(1);?
?}
?else
?{
??printf("connected?client:?%s\n",?client_addr.sun_path);
?}

?while(1)
?{
????????char?buf[128]?=?{0};

????????int?recv_len?=?read(client_fd,?buf,?sizeof(buf));?
????????if(recv_len?<=?0)
????????{
????????????printf("recv?error!\n");
????????????close(client_fd);
????????????exit(EXIT_FAILURE);
????????}

????????printf("recv?:?%s\n",?buf);
?}

????unlink(SERVER_PATH);
?close(server_fd);
????close(client_fd);

????return?0;
}

#include?
#include?
#include?
#include?
#include????????????/*?For?O_*?constants?*/
#include?????????/*?For?mode?constants?*/
#include?
#include?
#include?
#include?

#define?SERVER_PATH?"/tmp/server"
#define?CLIENT_PATH?"/tmp/client"

int?main(void)
{
?///
?int?client_fd?=?socket(AF_UNIX,?SOCK_STREAM,?0);
?if(client_fd?0)
?{
??printf("socket?error\n");
??exit(EXIT_FAILURE);
?}

?///
????struct?sockaddr_un?client_addr;
?memset((char*)&client_addr,?0,?sizeof(client_addr));
?client_addr.sun_family?=?AF_UNIX;
?strncpy(client_addr.sun_path,?CLIENT_PATH,?sizeof(client_addr.sun_path)-1);
?unlink(CLIENT_PATH);
?if(bind(client_fd,?(struct?sockaddr*)&client_addr,?sizeof(client_addr))?0)
?{
??printf("bind?error\n");
??close(client_fd);
??exit(1);?
?}

?///
????struct?sockaddr_un?server_addr;
?server_addr.sun_family??=?AF_UNIX;
?strncpy(server_addr.sun_path,?SERVER_PATH,?sizeof(server_addr.sun_path)-1);
?int?ret?=?connect(client_fd,?(struct?sockaddr*)&server_addr,?sizeof(server_addr));?
?if(ret?0)
?{
??printf("connect?error\n");
??close(client_fd);
??unlink(CLIENT_PATH);
??exit(1);??
?}?
?printf("connect?to?server:?%s\n",?server_addr.sun_path);

?while(1)
?{
????????char?buf[128]?=?{0};
????????if?(scanf("%s",?buf))
????????{
????????????int?send_len?=?write(client_fd,?buf,?strlen(buf));
????????????if?(send_len?<=?0)
????????????{
????????????????printf("write?error!\n");
????????????????close(client_fd);
????????????????exit(EXIT_FAILURE);??
????????????}
????????????else
????????????{
????????????????printf("send?success!?send:?%s,?send_len:?%d\n",?buf,?send_len);
????????????}
????????}?
?}

????unlink(SERVER_PATH);
????close(client_fd);

????return?0;
}

編譯、運(yùn)行：

gcc?server.c?-o?server_process
gcc?client.c?-o?client_process

類socket的其它進(jìn)程間通信方式：

實(shí)用 | nanomsg通信庫的簡單使用分享

mqtt應(yīng)用于進(jìn)程間通信

4、管道

在內(nèi)核中開辟一塊緩沖區(qū)；若多個(gè)進(jìn)程拿到同一個(gè)管道(緩沖區(qū))的操作句柄，就可以訪問同一個(gè)緩沖區(qū)，就可以進(jìn)行通信。涉及到兩次用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)之間的數(shù)據(jù)拷貝。

（1）匿名管道

內(nèi)核中的緩沖區(qū)是沒有具體的標(biāo)識(shí)符的，匿名管道只能用于具有親緣關(guān)系的進(jìn)程間通信。

管道是一個(gè)半雙工通信(可以選擇方向的單向傳輸)

匿名管道基本API接口使用例子：父進(jìn)程通過管道發(fā)送測試數(shù)據(jù)給子進(jìn)程。

#include?
#include?
#include?
#include?

int?main()
{
????///
?int?pipefd[2]?=?{-1};
???int?ret?=?pipe(pipefd);
????if?(ret?0)
????{
???????printf("pipe?error\n");
???????exit(EXIT_FAILURE);
????}

????int?read_fd?=?pipefd[0];???///
????int?write_fd?=?pipefd[1];??///

????///
????pid_t?pid?=?fork();
????if?(pid?==?0)
????{
????????///
??char?buf[128]?=?{0};
??read(read_fd,?buf,?sizeof(buf));
????????printf("child?recv?data?from?father:?%s",?buf);
?}
????else?if?(pid?>?0)
???{
??///
????????char?*ptr?=?"hello88888888\n";
????????write(write_fd,?ptr,?strlen(ptr));
????}
?return?0;
}

如果需要雙向通信，則應(yīng)該創(chuàng)建兩個(gè)管道。

（2）命名管道

命名管道也是內(nèi)核中的一塊緩沖區(qū)，并且這個(gè)緩沖區(qū)具有標(biāo)識(shí)符；這個(gè)標(biāo)識(shí)符是一個(gè)可見于文件系統(tǒng)的管道文件，能夠被其他進(jìn)程找到并打開管道文件，則可以獲取管道的操作句柄，所以該命名管道可用于同一主機(jī)上的任意進(jìn)程間通信。

創(chuàng)建命名管道的接口：

int?mkfifo(const?char?*pathname,?mode_t?mode);

fifo_wr.c：

#include?
#include?
#include?
#include?
#include?
#include?
#include?

#define?FIFO_PATH??"./fifo_file"

typedef?struct?_msg_data
{
????char?buf[128];
????int?cnt;
}msg_data_t;

void?send_data(int?fd)
{
????static?int?cnt?=?0;
????msg_data_t?send_data?=?{0};

????cnt++;
????strcpy(send_data.buf,?"hello");
????send_data.cnt?=?cnt;
????write(fd,?&send_data,?sizeof(send_data));
????printf("send?msg?=?%s,?cnt?=?%d\n",?send_data.buf,?send_data.cnt);
}

int?main(void)
{
????///
????int?ret?=?mkfifo(FIFO_PATH,?0664);
????if?(ret?0?&&?errno?!=?EEXIST)
????{
????????printf("mkfifo?error\n");
????????exit(EXIT_FAILURE);
????}

????///
????int?fd?=?open(FIFO_PATH,?O_WRONLY);
????if?(fd?0)
????{
????????printf("open?fifo?error\n");
????????exit(EXIT_FAILURE);
????}
????printf("open?fifo?success\n");
????
????///
????for?(size_t?i?=?0;?i?10;?i++)
????{
????????send_data(fd);
????????sleep(1);
????}
????
????close(fd);

????return?0;
}

#include?
#include?
#include?
#include?
#include?
#include?
#include?

#define?FIFO_PATH??"./fifo_file"

typedef?struct?_msg_data
{
????char?buf[128];
????int?cnt;
}msg_data_t;

int?main(void)
{
????umask(0);
????///
????int?ret?=?mkfifo(FIFO_PATH,0664?);
????if?(ret?0?&&?errno?!=?EEXIST)
????{
????????printf("mkfifo?error\n");
????????exit(EXIT_FAILURE);
????}

????///
????int?fd?=?open(FIFO_PATH,?O_RDONLY);
????if?(fd?0)
????{
????????printf("open?error\n");
????????exit(EXIT_FAILURE);
????}
????printf("open?fifo?success\n");

????while(1)
????{
????????msg_data_t?read_data?=?{0};
????????///
????????int?ret?=?read(fd,?&read_data,?sizeof(read_data));
????????if?(ret?0)
????????{
????????????printf("read?error\n");
????????????exit(EXIT_FAILURE);
????????}
????????else?if?(ret?==?0)
????????{
????????????printf("all?write?closed\nd");
????????????exit(EXIT_FAILURE);
????????}
????????printf("read_data?=?%s,?cnt?=?%d\n",?read_data.buf,?read_data.cnt);
????????sleep(1);
????}
????close(fd);

????return?0;
}

gcc?fifo_wr.c?-o?fifo_wr
gcc?fifo_rd.c?-o?fifo_rd

5、信號(hào)量

信號(hào)量（Seamphore）是進(jìn)程和線程間同步的一種機(jī)制。

信號(hào)量本質(zhì)是一個(gè)非負(fù)的整型變量。增加一個(gè)可用資源執(zhí)行加一，也稱為V操作；獲取一個(gè)資源資源后執(zhí)行減一，也稱為P操作。

信號(hào)量根據(jù)信號(hào)值不同可分為兩類：

• 二值信號(hào)量，信號(hào)量值只有0和1，初始值為1，1表示資源可用，0表示資源不可用；二值信號(hào)量與互斥鎖類似。
• 計(jì)數(shù)信號(hào)量， 信號(hào)量的值在0到一個(gè)大于1的限制值之間，信號(hào)值表示可用的資源的數(shù)目。

信號(hào)量根據(jù)作用對(duì)象不同可分為兩類：

• 有名信號(hào)量，信號(hào)值保存在文件中，用于進(jìn)程間同步
• 無名信號(hào)量，又稱為基于內(nèi)存信號(hào)量，信號(hào)值保存在內(nèi)存中，用于線程間同步

POSIX信號(hào)量頭文件：

#include?

編譯鏈接需要加-lpthread參數(shù)。

信號(hào)量API接口：

/**
?*?@brief?創(chuàng)建信號(hào)量
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?name:?信號(hào)量名稱
?*?@param[in]?mode:?訪問權(quán)限
?*?@param[in]?value:?信號(hào)量初始值
?*
?*?@return?成功時(shí)返回指向信號(hào)量的指針，出錯(cuò)時(shí)為SEM_FAILED
?*/
sem_t?*sem_open(const?char?*name,int?oflag,?mode_t?mode,?unsigned?int?value);

/**
?*?@brief?初始化信號(hào)量
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?sem:?信號(hào)量實(shí)例地址
?*?@param[in]?pshared:?信號(hào)量作用域，分為進(jìn)程內(nèi)作用域PTHREAD_PROCESS_PRIVATE和跨進(jìn)程作用域PTHREAD_PROCESS_SHARED
?*?@param[in]?value:?信號(hào)量初始值
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
int?sem_init(sem_t?*sem,?int?pshared,?unsigned?int?value);

/**
?*?@brief?獲取信號(hào)量
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?sem:?信號(hào)量實(shí)例地址
?*?@param[out]?sval:?保存返回信號(hào)值地址
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
int?sem_getvalue(sem_t?*sem,?int?*sval);

/**
?*?@brief?阻塞方式等待信號(hào)量
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?sem:?信號(hào)量實(shí)例地址
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
int?sem_wait(sem_t?*sem);

/**
?*?@brief?指定超時(shí)時(shí)間阻塞方式等待信號(hào)量
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?sem:?信號(hào)量實(shí)例地址
?*?@param[in]?sem:?超時(shí)時(shí)間，單位為時(shí)鐘節(jié)拍
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
int?sem_timedwait(sem_t?*sem,?const?struct?timespec?*abs_timeout);

/**
?*?@brief?非阻塞方式等待信號(hào)量
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?sem:?信號(hào)量實(shí)例地址
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
int?sem_trywait(sem_t?*sem);

/**
?*?@brief?產(chǎn)生信號(hào)量
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?sem:?信號(hào)量實(shí)例地址
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
int?sem_post(sem_t?*sem);

/**
?*?@brief?銷毀信號(hào)量
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?sem:?信號(hào)量實(shí)例地址
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
int?sem_destroy(sem_t?*sem);

/**
?*?@brief?關(guān)閉信號(hào)量
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?sem:?信號(hào)量實(shí)例地址
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
int?sem_close(sem_t?*sem);

/**
?*?@brief?分離信號(hào)量
?*
?*?Detailed?function?description
?*
?*?@param[in]?name:?信號(hào)量名稱
?*
?*?@return?成功返回0，失敗返回-1
?*/
int?sem_unlink(const?char?*name);

#include?
#include?
#include?
#include?
#include?

#define?SEM_NAME?"sem"

int?main?(void)
{
????int?sem_val?=?0;

????///
????sem_t?*sem?=?sem_open(SEM_NAME,?O_CREAT,?0666,?1);
????if?(NULL?==?sem)
????{
???????printf("sem_open?error\n");
???????exit(EXIT_FAILURE);?
????}

????///
????pid_t?pid?=?fork();
????if?(pid?==?-1)?
????{
????????printf("fork?error\n");
????????sem_close(sem);
????????sem_unlink(SEM_NAME);
????????exit(EXIT_FAILURE);
????}
????else?if(pid?==?0)?
????{
????????///
????????for?(size_t?i?=?0;?i?5;?i++)
????????{
????????????sem_wait(sem);
????????????if?(sem_getvalue(sem,?&sem_val)?!=?-1)?
????????????{
????????????????printf("child?process?P?operation,?sem_val?=?%d\n",?sem_val);
????????????????sleep(1);
????????????}
????????}
????????_exit(1);
????}
????else?if?(pid?>?0)
????{
????????///
????????for?(size_t?i?=?0;?i?5;?i++)
????????{
????????????sem_post(sem);
????????????if?(sem_getvalue(sem,?&sem_val)?!=?-1)?
????????????{
????????????????printf("prarent?process?V?operation,?sem_val?=?%d\n",?sem_val);
????????????????sleep(2);
????????????}
????????}
????}

????///
????sem_close(sem);
????if?(sem_unlink(SEM_NAME)?!=?-1)?
????{
????????printf("sem_unlink?success\n");
????}

????return?0;
}

IPC總結(jié)：

操作系統(tǒng)根據(jù)不同的場景提供了不同的方式，消息隊(duì)列、共享內(nèi)存、UNIX域套接字、管道、信號(hào)量。

消息隊(duì)列： 內(nèi)核中的一個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，多個(gè)進(jìn)程通過訪問同一個(gè)隊(duì)列，在隊(duì)列當(dāng)中添加或者獲取節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信。

共享內(nèi)存： 本質(zhì)是一塊物理內(nèi)存，多個(gè)進(jìn)程將同一塊物理內(nèi)存映射到自己的虛擬地址空間中，再通過頁表映射到物理地址達(dá)到進(jìn)程間通信，它是最快的進(jìn)程間通信方式，相較其他通信方式少了兩步數(shù)據(jù)拷貝操作。

UNIX域套接字： 與TCP/IP套接字使用方式相同，但UNIX域套接字以文件系統(tǒng)作為地址空間，不需經(jīng)過TCP/IP的頭部封裝、報(bào)文ack確認(rèn)、路由選擇、數(shù)據(jù)校驗(yàn)與重傳過程，因此傳輸速率上也不會(huì)受網(wǎng)卡帶寬的限制。

管道： 內(nèi)核中的一塊緩沖區(qū)，分為匿名管道和命名管道。匿名管道只能用于具有親緣關(guān)系的進(jìn)程間；而命名管道可用于同一主機(jī)上任意進(jìn)程間通信。

信號(hào)量： 本質(zhì)是內(nèi)核中的一個(gè)計(jì)數(shù)器，主要實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步與互斥，對(duì)資源進(jìn)行計(jì)數(shù)，有兩種操作，分別是在訪問資源之前進(jìn)行的p操作，還有產(chǎn)生資源之后的v操作。

相關(guān)資料：

• https://xiaolincoding.com/os/4_process/process_commu.html
• https://blog.csdn.net/sjsjnsjnn/article/details/125864580
• https://huaweicloud.csdn.net/63564439d3efff3090b5cdec.html

• https://blog.51cto.com/u_13456560/5822959