Linux下的C编程实战之三(下)

3.进程间通信

　　Linux的进程间通信（IPC，InterProcess Communication）通信方法有管道、消息队列、共享内存、信号量、套接口等。

　　管道分为有名管道和无名管道，无名管道只能用于亲属进程之间的通信，而有名管道则可用于无亲属关系的进程之间。

#define INPUT 0 #define OUTPUT 1 void main() { 　int file_descriptors[2]; 　/*定义子进程号 */ 　pid_t pid; 　char buf[BUFFER_LEN]; 　int returned_count; 　/*创建无名管道*/ 　pipe(file_descriptors); 　/*创建子进程*/ 　if ((pid = fork()) == - 1) 　{ 　　printf("Error in fork\n"); 　　exit(1); 　} 　/*执行子进程*/ 　if (pid == 0) 　{ 　　printf("in the spawned (child) process...\n"); 　　/*子进程向父进程写数据，关闭管道的读端*/ 　　close(file_descriptors[INPUT]); 　　write(file_descriptors[OUTPUT], "test data", strlen("test data")); 　　exit(0); 　} 　else 　{ 　　/*执行父进程*/ 　　printf("in the spawning (parent) process...\n"); 　　/*父进程从管道读取子进程写的数据，关闭管道的写端*/ 　　close(file_descriptors[OUTPUT]); 　　returned_count = read(file_descriptors[INPUT], buf, sizeof(buf)); 　　printf("%d bytes of data received from spawned process: %s\n", 　　returned_count, buf); 　} }

　　上述程序中，无名管道以

int pipe(int filedis[2]);

　　方式定义，参数filedis返回两个文件描述符filedes[0]为读而打开，filedes[1]为写而打开，filedes[1]的输出是filedes[0]的输入；

　　在Linux系统下，有名管道可由两种方式创建（假设创建一个名为“fifoexample”的有名管道）：

　　（1）mkfifo("fifoexample","rw");

　　（2）mknod fifoexample p

　　mkfifo是一个函数，mknod是一个系统调用，即我们可以在shell下输出上述命令。

　　有名管道创建后，我们可以像读写文件一样读写之：

/* 进程一：读有名管道*/ void main() { 　FILE *in_file; 　int count = 1; 　char buf[BUFFER_LEN]; 　in_file = fopen("pipeexample", "r"); 　if (in_file == NULL) 　{ 　　printf("Error in fdopen.\n"); 　　exit(1); 　} 　while ((count = fread(buf, 1, BUFFER_LEN, in_file)) > 0) 　　printf("received from pipe: %s\n", buf); 　　fclose(in_file); } /* 进程二：写有名管道*/ void main() { 　FILE *out_file; 　int count = 1; 　char buf[BUFFER_LEN]; 　out_file = fopen("pipeexample", "w"); 　if (out_file == NULL) 　{ 　　printf("Error opening pipe."); 　　exit(1); 　} 　sprintf(buf, "this is test data for the named pipe example\n"); 　fwrite(buf, 1, BUFFER_LEN, out_file); 　fclose(out_file); }

　　消息队列用于运行于同一台机器上的进程间通信，与管道相似；

　　共享内存通常由一个进程创建，其余进程对这块内存区进行读写。得到共享内存有两种方式：映射/dev/mem设备和内存映像文件。前一种方式不给系统带来额外的开销，但在现实中并不常用，因为它控制存取的是实际的物理内存；常用的方式是通过shmXXX函数族来实现共享内存：

int shmget(key_t key, int size, int flag);　/* 获得一个共享存储标识符 */

　　该函数使得系统分配size大小的内存用作共享内存；

void *shmat(int shmid, void *addr, int flag); /* 将共享内存连接到自身地址空间中*/

　　shmid为shmget函数返回的共享存储标识符，addr和flag参数决定了以什么方式来确定连接的地址，函数的返回值即是该进程数据段所连接的实际地址。此后，进程可以对此地址进行读写操作访问共享内存。

　　本质上，信号量是一个计数器，它用来记录对某个资源（如共享内存）的存取状况。一般说来，为了获得共享资源，进程需要执行下列操作：

　　（1）测试控制该资源的信号量；

　　（2）若此信号量的值为正，则允许进行使用该资源，进程将进号量减1；

　　（3）若此信号量为0，则该资源目前不可用，进程进入睡眠状态，直至信号量值大于0，进程被唤醒，转入步骤（1）；

　　（4）当进程不再使用一个信号量控制的资源时，信号量值加1，如果此时有进程正在睡眠等待此信号量，则唤醒此进程。

　　下面是一个使用信号量的例子，该程序创建一个特定的IPC结构的关键字和一个信号量，建立此信号量的索引，修改索引指向的信号量的值，最后清除信号量：

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/sem.h> #include <sys/ipc.h> void main() { 　key_t unique_key; /* 定义一个IPC关键字*/ 　int id; 　struct sembuf lock_it; 　union semun options; 　int i; 　unique_key = ftok(".", 'a'); /* 生成关键字，字符'a'是一个随机种子*/ 　/* 创建一个新的信号量集合*/ 　id = semget(unique_key, 1, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666); 　printf("semaphore id=%d\n", id); 　options.val = 1; /*设置变量值*/ 　semctl(id, 0, SETVAL, options); /*设置索引0的信号量*/ 　/*打印出信号量的值*/ 　i = semctl(id, 0, GETVAL, 0); 　printf("value of semaphore at index 0 is %d\n", i); 　/*下面重新设置信号量*/ 　lock_it.sem_num = 0; /*设置哪个信号量*/ 　lock_it.sem_op = - 1; /*定义操作*/ 　lock_it.sem_flg = IPC_NOWAIT; /*操作方式*/ 　if (semop(id, &lock_it, 1) == - 1) 　{ 　　printf("can not lock semaphore.\n"); 　　exit(1); 　} 　i = semctl(id, 0, GETVAL, 0); 　printf("value of semaphore at index 0 is %d\n", i); 　/*清除信号量*/ 　semctl(id, 0, IPC_RMID, 0); }

　　套接字通信并不为Linux所专有，在所有提供了TCP/IP协议栈的操作系统中几乎都提供了socket，而所有这样操作系统，对套接字的编程方法几乎是完全一样的。

　　4.小节

　　本章讲述了Linux进程的概念，并以多个实例讲解了进程控制及进程间通信方法，理解这一章的内容可以说是理解Linux这个操作系统的关键。