多进程编程知识汇总，附代码例子！
来源:嵌入式大杂烩发布时间:2023-06-051065浏览
询问 AI
进程是指正在运行的程序，它拥有独立的内存空间和系统资源，不同进程之间的数据不共享。进程是资源分配的基本单位。
线程是进程内的执行单元，它与同一进程内的其他线程共享进程的内存空间和系统资源。线程是调度的基本单位。
在Linux中启动一个进程有多种方法：
#include<stdlib.h>
/**
*@brief执行系统命令调用命令处理器来执行命令
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]command:包含被请求变量名称的C字符串
*
*@return如果发生错误，则返回值为-1，否则返回命令的状态。
*/
intsystem(constchar*command);
例子：通过system函数启动一个进程，列出当前目录下的文件及文件夹。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
intmain(void)
{
system("ls");
printf("lsend\n");
return0;
}
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
/**
*@brieffork系统调用用于创建一个子进程
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]
*
*@return如果发生错误，则返回值为-1，否则返回命令的状态。
*/
pid_tfork(void);
例子：通过fork函数启动子进程
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
intmain(void)
{
pid_tres=fork();
///<子进程
if(res==0)
{
printf("res=%d,Iamchildprocess.pid=%d\n",res,getpid());
exit(EXIT_SUCCESS);///<正常退出子进程
}
///<父进程
elseif(res>0)
{
printf("res=%d,Iamparentprocess.pid=%d\n",res,getpid());
intchild_status=0;
pid_tchild_pid=wait(child_status);///<父进程阻塞等待信号到来或子进程结束
printf("Childprocess(pid=%d)hasbeenterminated,child_status=%d\n",child_pid,child_status);
}
///<异常退出
else
{
printf("Forkfailed.\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
return0;
}
编译、运行：
我们使用了fork()系统调用来创建一个新进程。如果fork()返回值为0，则说明当前进程是子进程；如果返回值大于0，则说明当前进程是父进程。在父进程中，我们使用wait()系统调用来等待子进程结束。当子进程结束后，父进程会继续执行。
#include<unistd.h>
/**
*@brief启动新进程，新进程会覆盖旧进程
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]path:所执行文件的路径
*@param[in]file:所执行文件的名称
*@param[in]arg:传入的参数列表，以NULL作为结束
*@param[in]envp:传入的环境变量
*
*@return如果发生错误，则返回值为-1，否则返回命令的状态。
*/
intexecl(constchar*path,constchar*arg,...);
intexeclp(constchar*file,constchar*arg,...);
intexecle(constchar*path,constchar*arg,...,char*constenvp[]);
intexecv(constchar*path,char*constargv[]);
intexecvp(constchar*file,char*constargv[]);
intexecve(constchar*path,char*constargv[],char*constenvp[]);
例子：通过execl()函数的参数列表调用了ls命令程序
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
intmain(void)
{
execl("/bin/ls","ls","-la",NULL);
printf("lsend\n");
return0;
}
execl()函数的参数列表调用了ls命令程序，与在终端上运行”ls -la”产生的结果是一样的。
在Linux中终止一个进程有多种方法：
- 从main函数返回。（正常终止）
- 调用exit()函数终止。（正常终止）
- 调用_exit()函数终止。（正常终止）
- 调用abort()函数终止。（异常终止）
- 由系统信号终止。（异常终止）
进程间通信是指在不同进程之间传播或交换信息的一种机制。每个进程各自有不同的用户地址空间，任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程之间要交换数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲区，进程A把数据从用户空间拷到内核缓冲区，进程B再从内核缓冲区把数据读走，内核提供的这种机制称为进程间通信。
进程间通信的目的：
- 传输数据。比如进程 A 负责生成数据，进程 B 负责处理数据，数据需要从 A 进程传输至 B 进程。
- 共享资源。比如进程 A 与进程 B 共享某一块内存资源。
- 模块化。将系统功能划分为多个进程模块进行开发，方便开发维护。
- 加速计算。多核处理器环境，一个特定进程划分为几个进程并行运行。
Linux IPC（Inter-process Comminication， 进程间通信）的方式：
内核中的一个优先级队列，多个进程通过访问同一个队列，进行添加结点或者获取结点实现通信。
POSIX消息队列头文件：
#include<fcntl.h>/*ForO_*constants*/
#include<sys/stat.h>/*Formodeconstants*/
#include<mqueue.h>
编译链接需要加上
-lrt链接。
消息队列API接口：
/**
*@brief创建消息队列实例
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]name:消息队列名称
*@param[in]oflag：根据传入标识来创建或者打开一个已创建的消息队列
-O_CREAT:创建一个消息队列
-O_EXCL:检查消息队列是否存在，一般与O_CREAT一起使用
-O_CREAT|O_EXCL:消息队列不存在则创建，已存在返回NULL
-O_NONBLOCK:非阻塞模式打开，消息队列不存在返回NULL
-O_RDONLY:只读模式打开
-O_WRONLY:只写模式打开
-O_RDWR:读写模式打开
*@param[in]mode：访问权限
*@param[in]attr：消息队列属性地址
*
*@return成功返回消息队列描述符，失败返回-1，错误码存于error中
*/
mqd_tmq_open(constchar*name,intoflag,mode_tmode,structmq_attr*attr);
/**
*@brief无限阻塞方式接收消息
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]mqdes:消息队列描述符
*@param[in]msg_ptr：消息体缓冲区地址
*@param[in]msg_len：消息体长度，长度必须大于等于消息属性设定的最大值
*@param[in]msg_prio：消息优先级
*
*@return成功返回消息长度，失败返回-1，错误码存于error中
*/
mqd_tmq_receive(mqd_tmqdes,char*msg_ptr,size_tmsg_len,unsigned*msg_prio);
/**
*@brief指定超时时间阻塞方式接收消息
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]mqdes:消息队列描述符
*@param[in]msg_ptr：消息体缓冲区地址
*@param[in]msg_len：消息体长度，长度必须大于等于消息属性设定的最大值
*@param[in]msg_prio：消息优先级
*@param[in]abs_timeout：超时时间
*
*@return成功返回消息长度，失败返回-1，错误码存于error中
*/
mqd_tmq_timedreceive(mqd_tmqdes,char*msg_ptr,size_tmsg_len,unsigned*msg_prio,conststructtimespec*abs_timeout);
/**
*@brief无限阻塞方式发送消息
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]mqdes:消息队列描述符
*@param[in]msg_ptr：待发送消息体缓冲区地址
*@param[in]msg_len：消息体长度
*@param[in]msg_prio：消息优先级
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
mqd_tmq_send(mqd_tmqdes,constchar*msg_ptr,size_tmsg_len,unsignedmsg_prio);
/**
*@brief指定超时时间阻塞方式发送消息
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]mqdes:消息队列描述符
*@param[in]msg_ptr：待发送消息体缓冲区地址
*@param[in]msg_len：消息体长度
*@param[in]msg_prio：消息优先级
*@param[in]abs_timeout：超时时间
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
mqd_tmq_timedsend(mqd_tmqdes,constchar*msg_ptr,size_tmsg_len,unsignedmsg_prio,conststructtimespec*abs_timeout);
/**
*@brief关闭消息队列
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]mqdes:消息队列描述符
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
mqd_tmq_close(mqd_tmqdes);
/**
*@brief分离消息队列
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]name:消息队列名称
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
mqd_tmq_unlink(constchar*name);
消息队列基本API接口使用例子：发送进程给接收进程发送测试数据。
send.c：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>/*ForO_*constants*/
#include<sys/stat.h>/*Formodeconstants*/
#include<mqueue.h>
#defineMQ_MSG_MAX_SIZE512///<最大消息长度
#defineMQ_MSG_MAX_ITEM5///<最大消息数目
staticmqd_ts_mq;
typedefstruct_msg_data
{
charbuf[128];
intcnt;
}msg_data_t;
voidsend_data(void)
{
staticintcnt=0;
msg_data_tsend_data={0};
cnt++;
strcpy(send_data.buf,"hello");
send_data.cnt=cnt;
intret=mq_send(s_mq,(char*)send_data,sizeof(send_data),0);
if(ret<0)
{
perror("mq_senderror");
return;
}
printf("sendmsg=%s,cnt=%d\n",send_data.buf,send_data.cnt);
}
intmain(void)
{
intret=0;
structmq_attrattr;
///<创建消息队列
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_openerror");
return-1;
}
for(size_ti=0;i<10;i++)
{
send_data();
sleep(1);
}
mq_close(s_mq);
return0;
}
recv.c：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>/*ForO_*constants*/
#include<sys/stat.h>/*Formodeconstants*/
#include<mqueue.h>
#defineMQ_MSG_MAX_SIZE512///<最大消息长度
#defineMQ_MSG_MAX_ITEM5///<最大消息数目
staticmqd_ts_mq;
typedefstruct_msg_data
{
charbuf[128];
intcnt;
}msg_data_t;
intmain(void)
{
intret=0;
structmq_attrattr;
charrecv_msg[MQ_MSG_MAX_SIZE]={0};
msg_data_trecv_data={0};
intprio=0;
ssize_tlen=0;
s_mq=mq_open("/mq",O_RDONLY);
if(-1==s_mq)
{
perror("mq_openerror");
return-1;
}
while(1)
{
if((len=mq_receive(s_mq,(char*)recv_data,MQ_MSG_MAX_SIZE,prio))==-1)
{
perror("mq_receiveerror");
return-1;
}
printf("recv_msg=%s,cnt=%d\n",recv_data.buf,recv_data.cnt);
sleep(1);
}
mq_close(s_mq);
mq_unlink("/mq");
return0;
}
编译、运行：
gccsend.c-osend_process-lrt
gccrecv.c-orecv_process-lrt
消息队列的读取和写入的过程，会有发生用户态与内核态之间的消息拷贝过程。而共享内存的方式则没有这个拷贝过程，进程间通信速度较快。
在物理内存上开辟一块内存空间，多个进程可以将同一块物理内存空间映射到自己的虚拟地址空间，通过自己的虚拟地址直接访问这块空间，通过这种方式实现数据共享。
POSIX共享内存头文件：
#include<sys/mman.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
共享内存API接口：
/**
*@brief创建共享内存实例
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]name:要打开或创建的共享内存文件名
*@param[in]oflag：打开的文件操作属性
-O_CREAT:创建一个共享内存文件
-O_EXCL:检查共享内存是否存在，一般与O_CREAT一起使用
-O_CREAT|O_EXCL:共享内存不存在则创建，已存在返回NULL
-O_NONBLOCK:非阻塞模式打开，共享内存不存在返回NULL
-O_RDONLY:只读模式打开
-O_WRONLY:只写模式打开
-O_RDWR:读写模式打开
*@param[in]mode：文件共享模式，例如0777
*
*@return成功返回共享内存描述符，失败返回-1，错误码存于error中
*/
intshm_open(constchar*name,intoflag,mode_tmode);
/**
*@brief删除共享内存
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]name:创建的共享内存文件名
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
intshm_unlink(constchar*name);
/**
*@brief将打开的文件映射到内存
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]addr:要将文件映射到的内存地址，一般应该传递NULL来由Linux内核指定
*@param[in]length:要映射的文件数据长度
*@param[in]prot:映射的内存区域的操作权限（保护属性），包括PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_READ|PROT_WRITE
*@param[in]flags:标志位参数，包括：MAP_SHARED、MAP_PRIVATE与MAP_ANONYMOUS。
*@param[in]fd:用来建立映射区的文件描述符，用shm_open打开或者open打开的文件
*@param[in]offset:映射文件相对于文件头的偏移位置，应该按4096字节对齐
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
void*mmap(void*addr,size_tlength,intprot,intflags,intfd,off_toffset);
/**
*@brief取消内存映射
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]addr:由mmap成功返回的地址
*@param[in]length:要取消的内存长度
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
intmunmap(void*addr,size_tlength);
/**
*@brief将参数fd指定的文件大小改为参数length指定的大小
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]fd:已打开的文件描述符，以写入模式打开的文件
*@param[in]length:要设置的长度
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
intftruncate(intfd,off_tlength);
/**
*@brief获取文件相关的信息，将获取到的信息放入到statbuf结构体中
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]fd:已打开的文件描述符
*@param[out]statbuf:文件的信息
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
intfstat(intfd,structstat*statbuf);
共享内存基本API接口使用例子：发送进程给接收进程发送测试数据。
send.c：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>/*ForO_*constants*/
#include<sys/stat.h>/*Formodeconstants*/
#include<sys/mman.h>
#defineSHM_NAME"/shm"
intmain(void)
{
intret=0;
///<创建和读端相同的文件标识
intshm_fd=shm_open(SHM_NAME,O_RDWR|O_CREAT,0666);
if(shm_fd==-1)
{
printf("shm_openerror\n");
}
///<设置共享内存文件为8KB
ftruncate(shm_fd,8*1024);
///<获取共享内存文件相关属性信息
structstatfilestat={0};
fstat(shm_fd,filestat);
printf("st_size=%ld\n",filestat.st_size);
///<内存映射
char*shm_ptr=(char*)mmap(NULL,filestat.st_size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,shm_fd,0);
close(shm_fd);
///<向共享内存中写入数据
charbuf[]="helloworld";
memmove(shm_ptr,buf,sizeof(buf));
printf("pid%d,%s\n",getpid(),shm_ptr);
///<写入完成后解除映射
munmap(shm_ptr,filestat.st_size);
return0;
}
recv.c：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>/*ForO_*constants*/
#include<sys/stat.h>/*Formodeconstants*/
#include<sys/mman.h>
#defineSHM_NAME"/shm"
intmain(void)
{
///<创建共享内存文件标识符
intshm_fd=shm_open(SHM_NAME,O_RDWR|O_CREAT,0666);
if(shm_fd==-1)
{
printf("shm_openfailed\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
///<设置共享内存文件为8KB
ftruncate(shm_fd,8192);
///<获取共享内存文件相关属性信息
structstatfilestat;
fstat(shm_fd,filestat);
printf("st_size=%ld\n",filestat.st_size);
///<映射共享内存，并获取共享内存的地址
char*shm_ptr=(char*)mmap(NULL,filestat.st_size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,shm_fd,0);
close(shm_fd);
///<获取共享内存地址中的内容并打印，最后再解除映射，删除共享内存
printf("pid=%d，%s\n",getpid(),shm_ptr);
munmap(shm_ptr,filestat.st_size);
shm_unlink(SHM_NAME);
return0;
}
编译、运行：
gccsend.c-osend_process-lrt
gccrecv.c-orecv_process-lrt
对具有多个处理核系统消息传递的性能要优于共享内存。共享内存会有高速缓存一致性问题，这是由共享数据在多个高速缓存之间迁移而引起的。随着系统的处理核的数量的日益增加，可能导致消息传递作为 IPC 的首选机制。
UNIX域套接字与传统基于TCP/IP协议栈的socket不同，unix domain socket以文件系统作为地址空间，不需经过TCP/IP的头部封装、报文ack确认、路由选择、数据校验与重传过程，因此传输速率上也不会受网卡带宽的限制。
unix domain socket在进程间通信同样是基于“客户端—服务器”（C-S）模式。
UNIX域套接字基本API接口使用例子：基于UNIX域套接字客户端进程向服务端进程发送测试数据。
server.c：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>/*ForO_*constants*/
#include<sys/stat.h>/*Formodeconstants*/
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/un.h>
#defineSERVER_PATH"/tmp/server"
intmain(void)
{
///<创建UNIX域字节流套接字
intserver_fd=socket(AF_LOCAL,SOCK_STREAM,0);
if(server_fd<0)
{
printf("socketerror\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
///<绑定服务端地址
unlink(SERVER_PATH);
structsockaddr_unserver_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,(structsockaddr*)server_addr,sizeof(server_addr))<0)
{
printf("binderror\n");
close(server_fd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
///<监听
if(listen(server_fd,10)<0)
{
printf("listenerror\n");
close(server_fd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
///<等待客户端连接
intaddr_len=sizeof(structsockaddr);
structsockaddr_unclient_addr;
intclient_fd=accept(server_fd,(structsockaddr*)client_addr,(socklen_t*)addr_len);
if(client_fd<0)
{
printf("accepterror\n");
close(server_fd);
unlink(SERVER_PATH);
exit(1);
}
else
{
printf("connectedclient:%s\n",client_addr.sun_path);
}
while(1)
{
charbuf[128]={0};
intrecv_len=read(client_fd,buf,sizeof(buf));
if(recv_len<=0)
{
printf("recverror!\n");
close(client_fd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("recv:%s\n",buf);
}
unlink(SERVER_PATH);
close(server_fd);
close(client_fd);
return0;
}
client.c：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>/*ForO_*constants*/
#include<sys/stat.h>/*Formodeconstants*/
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/un.h>
#defineSERVER_PATH"/tmp/server"
#defineCLIENT_PATH"/tmp/client"
intmain(void)
{
///<创建UNIX域字节流套接字
intclient_fd=socket(AF_UNIX,SOCK_STREAM,0);
if(client_fd<0)
{
printf("socketerror\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
///<显式绑定客户端地址
structsockaddr_unclient_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,(structsockaddr*)client_addr,sizeof(client_addr))<0)
{
printf("binderror\n");
close(client_fd);
exit(1);
}
///<连接服务端
structsockaddr_unserver_addr;
server_addr.sun_family=AF_UNIX;
strncpy(server_addr.sun_path,SERVER_PATH,sizeof(server_addr.sun_path)-1);
intret=connect(client_fd,(structsockaddr*)server_addr,sizeof(server_addr));
if(ret<0)
{
printf("connecterror\n");
close(client_fd);
unlink(CLIENT_PATH);
exit(1);
}
printf("connecttoserver:%s\n",server_addr.sun_path);
while(1)
{
charbuf[128]={0};
if(scanf("%s",buf))
{
intsend_len=write(client_fd,buf,strlen(buf));
if(send_len<=0)
{
printf("writeerror!\n");
close(client_fd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
else
{
printf("sendsuccess!send:%s,send_len:%d\n",buf,send_len);
}
}
}
unlink(SERVER_PATH);
close(client_fd);
return0;
}
编译、运行：
gccserver.c-oserver_process
gccclient.c-oclient_process
类socket的其它进程间通信方式：
在内核中开辟一块缓冲区；若多个进程拿到同一个管道(缓冲区)的操作句柄，就可以访问同一个缓冲区，就可以进行通信。涉及到两次用户态与内核态之间的数据拷贝。
内核中的缓冲区是没有具体的标识符的，匿名管道只能用于具有亲缘关系的进程间通信。
调用pipe接口可以创建一个匿名管道，并返回了两个描述符，一个是管道的读取端描述符fd[0]，另一个是管道的写入端描述符fd[1]。
管道是一个半双工通信(可以选择方向的单向传输)
匿名管道基本API接口使用例子：父进程通过管道发送测试数据给子进程。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
intmain()
{
///<创建管道
intpipefd[2]={-1};
intret=pipe(pipefd);
if(ret<0)
{
printf("pipeerror\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
intread_fd=pipefd[0];///<pipefd[0]用于从管道中读取数据
intwrite_fd=pipefd[1];///<pipefd[1]用于向管道中写入数据
///<创建子进程
pid_tpid=fork();
if(pid==0)
{
///<子进程从管道读取数据
charbuf[128]={0};
read(read_fd,buf,sizeof(buf));
printf("childrecvdatafromfather:%s",buf);
}
elseif(pid>0)
{
///<父进程向管道写入数据
char*ptr="hello88888888\n";
write(write_fd,ptr,strlen(ptr));
}
return0;
}
编译、运行：
如果需要双向通信，则应该创建两个管道。
命名管道也是内核中的一块缓冲区，并且这个缓冲区具有标识符；这个标识符是一个可见于文件系统的管道文件，能够被其他进程找到并打开管道文件，则可以获取管道的操作句柄，所以该命名管道可用于同一主机上的任意进程间通信。
创建命名管道的接口：
intmkfifo(constchar*pathname,mode_tmode);
命名管道基本API接口使用例子：一个进程往管道中写入测试数据，另一个进程从管道中读取数据。
fifo_wr.c：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#defineFIFO_PATH"./fifo_file"
typedefstruct_msg_data
{
charbuf[128];
intcnt;
}msg_data_t;
voidsend_data(intfd)
{
staticintcnt=0;
msg_data_tsend_data={0};
cnt++;
strcpy(send_data.buf,"hello");
send_data.cnt=cnt;
write(fd,send_data,sizeof(send_data));
printf("sendmsg=%s,cnt=%d\n",send_data.buf,send_data.cnt);
}
intmain(void)
{
///<创建管道文件
intret=mkfifo(FIFO_PATH,0664);
if(ret<0errno!=EEXIST)
{
printf("mkfifoerror\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
///<以只写的方式打开管道文件
intfd=open(FIFO_PATH,O_WRONLY);
if(fd<0)
{
printf("openfifoerror\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("openfifosuccess\n");
///<写10次
for(size_ti=0;i<10;i++)
{
send_data(fd);
sleep(1);
}
close(fd);
return0;
}
fifo_rd.c：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<sys/stat.h>
#include<errno.h>
#include<fcntl.h>
#defineFIFO_PATH"./fifo_file"
typedefstruct_msg_data
{
charbuf[128];
intcnt;
}msg_data_t;
intmain(void)
{
umask(0);
///<创建管道文件
intret=mkfifo(FIFO_PATH,0664);
if(ret<0errno!=EEXIST)
{
printf("mkfifoerror\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
///<以只读方式获取管道文件的操作句柄
intfd=open(FIFO_PATH,O_RDONLY);
if(fd<0)
{
printf("openerror\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("openfifosuccess\n");
while(1)
{
msg_data_tread_data={0};
///<将从管道读取的文件写到buf中
intret=read(fd,read_data,sizeof(read_data));
if(ret<0)
{
printf("readerror\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
elseif(ret==0)
{
printf("allwriteclosed\nd");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("read_data=%s,cnt=%d\n",read_data.buf,read_data.cnt);
sleep(1);
}
close(fd);
return0;
}
编译、运行：
gccfifo_wr.c-ofifo_wr
gccfifo_rd.c-ofifo_rd
信号量（Seamphore）是进程和线程间同步的一种机制。
信号量本质是一个非负的整型变量。增加一个可用资源执行加一，也称为V操作；获取一个资源资源后执行减一，也称为P操作。
信号量根据信号值不同可分为两类：
- 二值信号量，信号量值只有0和1，初始值为1，1表示资源可用，0表示资源不可用；二值信号量与互斥锁类似。
- 计数信号量， 信号量的值在0到一个大于1的限制值之间，信号值表示可用的资源的数目。
信号量根据作用对象不同可分为两类：
- 有名信号量，信号值保存在文件中，用于进程间同步
- 无名信号量，又称为基于内存信号量，信号值保存在内存中，用于线程间同步
POSIX信号量头文件：
#include<semaphore.h>
编译链接需要加-lpthread参数。
信号量API接口：
/**
*@brief创建信号量
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]name:信号量名称
*@param[in]mode:访问权限
*@param[in]value:信号量初始值
*
*@return成功时返回指向信号量的指针，出错时为SEM_FAILED
*/
sem_t*sem_open(constchar*name,intoflag,mode_tmode,unsignedintvalue);
/**
*@brief初始化信号量
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]sem:信号量实例地址
*@param[in]pshared:信号量作用域，分为进程内作用域PTHREAD_PROCESS_PRIVATE和跨进程作用域PTHREAD_PROCESS_SHARED
*@param[in]value:信号量初始值
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
intsem_init(sem_t*sem,intpshared,unsignedintvalue);
/**
*@brief获取信号量
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]sem:信号量实例地址
*@param[out]sval:保存返回信号值地址
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
intsem_getvalue(sem_t*sem,int*sval);
/**
*@brief阻塞方式等待信号量
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]sem:信号量实例地址
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
intsem_wait(sem_t*sem);
/**
*@brief指定超时时间阻塞方式等待信号量
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]sem:信号量实例地址
*@param[in]sem:超时时间，单位为时钟节拍
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
intsem_timedwait(sem_t*sem,conststructtimespec*abs_timeout);
/**
*@brief非阻塞方式等待信号量
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]sem:信号量实例地址
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
intsem_trywait(sem_t*sem);
/**
*@brief产生信号量
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]sem:信号量实例地址
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
intsem_post(sem_t*sem);
/**
*@brief销毁信号量
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]sem:信号量实例地址
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
intsem_destroy(sem_t*sem);
/**
*@brief关闭信号量
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]sem:信号量实例地址
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
intsem_close(sem_t*sem);
/**
*@brief分离信号量
*
*Detailedfunctiondescription
*
*@param[in]name:信号量名称
*
*@return成功返回0，失败返回-1
*/
intsem_unlink(constchar*name);
信号量基本API接口使用例子：父子进程间通信
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<semaphore.h>
#include<fcntl.h>
#defineSEM_NAME"sem"
intmain(void)
{
intsem_val=0;
///<创建信号量
sem_t*sem=sem_open(SEM_NAME,O_CREAT,0666,1);
if(NULL==sem)
{
printf("sem_openerror\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
///<创建子进程
pid_tpid=fork();
if(pid==-1)
{
printf("forkerror\n");
sem_close(sem);
sem_unlink(SEM_NAME);
exit(EXIT_FAILURE);
}
elseif(pid==0)
{
///<子进程进行5次P操作
for(size_ti=0;i<5;i++)
{
sem_wait(sem);
if(sem_getvalue(sem,sem_val)!=-1)
{
printf("childprocessPoperation,sem_val=%d\n",sem_val);
sleep(1);
}
}
_exit(1);
}
elseif(pid>0)
{
///<父进程执行5次V操作
for(size_ti=0;i<5;i++)
{
sem_post(sem);
if(sem_getvalue(sem,sem_val)!=-1)
{
printf("prarentprocessVoperation,sem_val=%d\n",sem_val);
sleep(2);
}
}
}
///<删除sem信号量
sem_close(sem);
if(sem_unlink(SEM_NAME)!=-1)
{
printf("sem_unlinksuccess\n");
}
return0;
}
编译、运行：
操作系统根据不同的场景提供了不同的方式，消息队列、共享内存、UNIX域套接字、管道、信号量。
消息队列：内核中的一个优先级队列，多个进程通过访问同一个队列，在队列当中添加或者获取节点来实现进程间通信。
共享内存：本质是一块物理内存，多个进程将同一块物理内存映射到自己的虚拟地址空间中，再通过页表映射到物理地址达到进程间通信，它是最快的进程间通信方式，相较其他通信方式少了两步数据拷贝操作。
UNIX域套接字：与TCP/IP套接字使用方式相同，但UNIX域套接字以文件系统作为地址空间，不需经过TCP/IP的头部封装、报文ack确认、路由选择、数据校验与重传过程，因此传输速率上也不会受网卡带宽的限制。
管道：内核中的一块缓冲区，分为匿名管道和命名管道。匿名管道只能用于具有亲缘关系的进程间；而命名管道可用于同一主机上任意进程间通信。
信号量：本质是内核中的一个计数器，主要实现进程间的同步与互斥，对资源进行计数，有两种操作，分别是在访问资源之前进行的p操作，还有产生资源之后的v操作。
相关资料：
- 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
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