进程间通讯

including
IPC的方式通常有

##including

管道中的无名管道是存放在文件描述符, 那么也像sockfd一样也是在内核有缓存区域的. 有名管道是无缓存的, 那么就像消息队列是存放在内核的信号量是生成在内核的

共享内存就是destination:是process虚拟空间的mmap区域(between heap and stack) source: mmap()是硬盘的文件, shm 是内核的某个区域

##IPC的方式通常有

###管道（包括无名管道和命名管道）:PIPE

first: int pipe(int pipefd[2]) second: mkfifo() —> 无缓存pipe

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       #include <sys/types.h>
       #include <sys/wait.h>
       #include <stdio.h>
       #include <stdlib.h>
       #include <unistd.h>
       #include <string.h>

       int main(int argc, char *argv[])
       {
           int pipefd[2];
           pid_t cpid;
           char buf;

           if (argc != 2) {
               fprintf(stderr, "Usage: %s <string>\n", argv[0]);
               exit(EXIT_FAILURE);
           }

           if (pipe(pipefd) == -1) {
               perror("pipe");
               exit(EXIT_FAILURE);
           }

           cpid = fork();
           if (cpid == -1) {
               perror("fork");
               exit(EXIT_FAILURE);
           }

           if (cpid == 0) {    /* Child reads from pipe */
               close(pipefd[1]);          /* Close unused write end */

               while (read(pipefd[0], &buf, 1) > 0)
                   write(STDOUT_FILENO, &buf, 1);

               write(STDOUT_FILENO, "\n", 1);
               close(pipefd[0]);
               _exit(EXIT_SUCCESS);

           } else {            /* Parent writes argv[1] to pipe */
               close(pipefd[0]);          /* Close unused read end */
               write(pipefd[1], argv[1], strlen(argv[1]));
               close(pipefd[1]);          /* Reader will see EOF */
               wait(NULL);                /* Wait for child */
               exit(EXIT_SUCCESS);
           }
       }

###信号量:

###消息队列:

消息队列，是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个**标识符（即队列ID）**来标识。

特点

消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。
消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除。
消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。

原型 –> msg开头

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 #include <sys/msg.h>

 // 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1
 int msgget(key_t key, int flag);

 // 添加消息：成功返回0，失败返回-1
 int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);

 // 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1
 int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);

 // 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1
 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

在以下两种情况下，msgget将创建一个新的消息队列：
如果没有与键值key相对应的消息队列，并且flag中包含了IPC_CREAT标志位。
key参数为IPC_PRIVATE。

函数msgrcv在读取消息队列时，type参数有下面几种情况：
type == 0，返回队列中的第一个消息；
type > 0，返回队列中消息类型为 type 的第一个消息；
type < 0，返回队列中消息类型值小于或等于 type 绝对值的消息，如果有多个，则取类型值最小的消息。可以看出，type值非 0 时用于以非先进先出次序读消息。[所以zero就是以队列的形式输出]也可以把 type 看做优先级的权值。（其他的参数解释，请自行Google之）

###信号量

信号量（semaphore）与已经介绍过的 IPC 结构不同，它是一个计数器。信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。

特点

信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存。
信号量基于操作系统的PV操作，程序对信号量的操作都是原子操作。
每次对信号量的PV操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，而且可以加减任意正整数。
支持信号量组。

2.原型

binary semaphore: 最简单的信号量是只能取 0 和 1 的变量，这也是信号量最常见的一种形式，叫做二值信号量（Binary Semaphore）。
common semphore: 而可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。

Linux 下的信号量函数都是在通用的信号量数组(common semphore)上进行操作，而不是在一个单一的二值信号量上进行操作。

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 #include <sys/sem.h>

 // 创建或获取一个信号量组：若成功返回信号量集ID，失败返回-1  ---> 是信号集ID, 而不是信号ID?
 int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);

 // 对信号量组进行操作，改变信号量的值：成功返回0，失败返回-1
 int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);  

 // 控制信号量的相关信息
 int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);

当semget创建新的信号量集合时，必须指定集合中信号量的个数（即num_sems），通常为1；
如果是引用一个现有的集合，则将num_sems指定为 0.

在semop函数中，sembuf结构的定义如下：

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 struct sembuf
 {
     short sem_num; // 信号量组中对应的序号，0～sem_nums-1
     short sem_op;  // 信号量值在一次操作中的改变量
     short sem_flg; // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
 }

其中 sem_op 是一次操作中的信号量的改变量：
若sem_op > 0，表示进程释放相应的资源数，将 sem_op 的值加到信号量的值上。如果有进程正在休眠等待此信号量，则换行它们。
若sem_op < 0，请求 sem_op 的绝对值的资源。
- 如果相应的资源数可以满足请求，则将该信号量的值减去sem_op的绝对值，函数成功返回。
- 当相应的资源数不能满足请求时，这个操作与sem_flg有关。
  - sem_flg 指定IPC_NOWAIT，则semop函数出错返回EAGAIN。
  - sem_flg 没有指定IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：
    - 当相应的资源数可以满足请求，此信号量的semncnt值减1，该信号量的值减去sem_op的绝对值。成功返回；
    - 此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
    - 进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，此情况下将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR
若sem_op == 0，进程阻塞直到信号量的相应值为0：
- 当信号量已经为0，函数立即返回。
- 如果信号量的值不为0，则依据sem_flg决定函数动作：
  - sem_flg指定IPC_NOWAIT，则出错返回EAGAIN。
  - sem_flg没有指定IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：
    - 信号量值为0，将信号量的semzcnt的值减1，函数semop成功返回；
    - 此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
    - 进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，在此情况将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR

在semctl函数中的命令有多种，这里就说两个常用的：
SETVAL：用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。
IPC_RMID：删除一个信号量集合。如果不删除信号量，它将继续在系统中存在，即使程序已经退出，它可能在你下次运行此程序时引发问题，而且信号量是一种有限的资源。

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#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/shm.h>  // shared memory
#include<sys/sem.h>  // semaphore
#include<sys/msg.h>  // message queue
#include<string.h>   // memcpy

// 消息队列结构
struct msg_form {
    long mtype;
    char mtext;
};

// 联合体，用于semctl初始化
union semun
{
    int              val; /*for SETVAL*/
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short  *array;
};

// 初始化信号量
int init_sem(int sem_id, int value)
{
    union semun tmp;
    tmp.val = value;
    if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)
    {
        perror("Init Semaphore Error");
        return -1;
    }
    return 0;
}

// P操作:
//  若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1 
//  若信号量值为0，进程挂起等待
int sem_p(int sem_id)
{
    struct sembuf sbuf;
    sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
    sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
    sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;

    if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
    {
        perror("P operation Error");
        return -1;
    }
    return 0;
}

// V操作：
//  释放资源并将信号量值+1
//  如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
int sem_v(int sem_id)
{
    struct sembuf sbuf;
    sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
    sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/
    sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;

    if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
    {
        perror("V operation Error");
        return -1;
    }
    return 0;
}

// 删除信号量集
int del_sem(int sem_id)
{
    union semun tmp;
    if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1)
    {
        perror("Delete Semaphore Error");
        return -1;
    }
    return 0;
}

// 创建一个信号量集
int creat_sem(key_t key)
{
    int sem_id;
    if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1)
    {
        perror("semget error");
        exit(-1);
    }
    init_sem(sem_id, 1);  /*初值设为1资源未占用*/
    return sem_id;
}


int main()
{
    key_t key;
    int shmid, semid, msqid;
    char *shm;
    char data[] = "this is server";
    struct shmid_ds buf1;  /*用于删除共享内存*/
    struct msqid_ds buf2;  /*用于删除消息队列*/
    struct msg_form msg;  /*消息队列用于通知对方更新了共享内存*/

    // 获取key值
    if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
    {
        perror("ftok error");
        exit(1);
    }

    // 创建共享内存
    if((shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT|0666)) == -1)
    {
        perror("Create Shared Memory Error");
        exit(1);
    }

    // 连接共享内存
    shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0);
    if((int)shm == -1)
    {
        perror("Attach Shared Memory Error");
        exit(1);
    }


    // 创建消息队列
    if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
    {
        perror("msgget error");
        exit(1);
    }

    // 创建信号量
    semid = creat_sem(key);
    
    // 读数据
    while(1)
    {
        msgrcv(msqid, &msg, 1, 888, 0); /*读取类型为888的消息*/
        if(msg.mtext == 'q')  /*quit - 跳出循环*/ 
            break;
        if(msg.mtext == 'r')  /*read - 读共享内存*/
        {
            sem_p(semid);
            printf("%s\n",shm);
            sem_v(semid);
        }
    }

    // 断开连接
    shmdt(shm);

    /*删除共享内存、消息队列、信号量*/
    shmctl(shmid, IPC_RMID, &buf1);
    msgctl(msqid, IPC_RMID, &buf2);
    del_sem(semid);
    return 0;
}

###共享存储:

详细的

####mmap() mmap

其中Stack的大小是固定的, 而heap mmap的区域是两边向中间缩小.

reference link

####shm

二者本质上是类似的，mmap可以看到文件的实体，而shmget对应的文件在交换分区上的shm文件系统内，无法直接 cat 查看
安全性：
mmap 方式对应的真实文件，如果用户有权限即可查看，甚至删除 shmget 方式其实也一样，好了一层皮罢了（ipcrm -m …）

###Socket — Streams:

其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC

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