Linux系統編程——處理序間通訊（一）

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基本操作命令：

 ps -ajx/-aux/-ef 查看進程間狀態/的相互關係

 top 動態顯示系統中的進程

 nice 按照指定的優先順序運行 /renice 改變正在啟動並執行進程的優先順序

 kill -9殺死進程

 jobs 查看後台進程數

 

進程的結構、類型、狀態、模式

0.Linux中進程包括三段：

 (1)資料區段。存放的是全域變數，常量以及動態記憶體的資料空間。

 (2)本文段。存放的是程式中的代碼。

 (3)堆棧段。存放的是函數的返回地址，函數的參數以及局部變數。

 進程類型：互動進程，既可以在前台運行，也可以在後台運行。該類進程是由shell控制和啟動並執行。

                 批處理進程，不屬於某個終端，被提交到一個隊列中以便順序執行。

                 守護進程：系統開始時執行，系統關閉時結束。

1.系統中專用的進程：

 (1)ID為0的進程是調度進程，通常稱為交換進程，該進程是核心的一部分，它並不執行任何磁碟上的程式，因此也被稱為系統進程。

 (2)ID為1 的進程是init進程，init進程通常讀與系統有關的初始設定檔案，並將系統引導到一個狀態。init進程絕不會終止，init進程是所有孤兒進程的父進程。

 (3)ID為2的進程是頁守護進程，此進程負責支援虛擬儲存系統的分頁操作。

　　2.子進程是父進程的副本，子進程獲得父進程的資料空間，堆和棧的副本。這是子進程擁有的獨立的空間。父子進程並不共用這些儲存空間，父子進程共用本文段。fork之後到底是先執行父進程還是子進程是不一定的，取決於核心所使用的調度演算法，如果要求父子進程之間相互同步，則要求進程間的通訊。

    vfork也能建立進程，但是不能產生父進程的副本，當子進程需要改變記憶體中的資料時，才拷貝父進程。

  父進程與子進程的區別：

        fork的傳回值不同；

　　 進程ID不同；

 　　父進程設定的檔案鎖不會被子進程繼承；

　　 子進程未處理的鬧鐘被清除；

 　　子進程未處理的訊號集設定為空白集。

        (1)孤兒進程：對於所有父進程終止的所有進程，他們的父進程都變為init進程。init無論何時只要有一個進程終止，init就會調用一個wait函數取得其終止狀態。這樣就防止了系統中好多個殭屍進程。

        (2)殭屍進程：子進程結束，父進程沒有收屍。

        (3)進程間資料共用。

exec函數族：當進程認為自己不能為系統和使用者做出任何貢獻的時候，就可以調用exec函數族，讓自己執行新的程式。如果某個進程在執行一個程式的時候想執行另一個程式，則首先建立子進程，在子進程中間調用exec函數。在用exec函數是要加上出錯判斷。

傳統的處理序間通訊

(1)無名管道：無名管道是半雙工的，資料只能想一個方向流動，具有固定的讀端和寫端；無名管道只能用於父子進程或者兄弟進程(具有親緣關係的進程)之間。

          無名管道單獨構成一種獨立的檔案系統；管道是基於檔案描述符的通訊方式，當一個管道建立時，它會建立兩個檔案描述符，其中fd[0] 固定於讀管道，fd[1] 固定於寫管道。管道只存在於記憶體中。

管道的讀寫：

          管道是一種檔案，因此對管道的讀寫同read()和write()函數。

          一個進程向管道中寫得內容被管道的另一端進程讀出。寫入的內容每次都添加在管道的尾端，並且每次都是從緩衝區的頭部讀出資料。

          當父子進程對管道進程讀寫的時候，如果父進程執行寫操作，則關閉相應的讀管道的檔案描述符；而子進程進行寫操作，它將關閉相應的讀操作。

          當管道為空白的時候，讀操作會阻塞，向管道中寫資料的時候Linux作業系統不保證寫入的原子操作，管道中只要有空閑地區寫進程會試圖向管道中寫入資料。如果讀操作不讀走緩衝區的資料，則寫操作一直會阻塞。只有在讀管道存在時，寫管道才有意義，不

然則會受到系統發出的SIGPIPE訊號(管道破裂)。應用程式可以處理該訊號，也可以忽略(預設動作則是終止程式)。

#include <unistd.h>

int pipe(int fd[2])

(2)有名管道：不同於有名管道之處在於它提供一個路徑名與之關聯，有名管道可以使不相關的進程之間進行通訊。以FIFO的檔案形式存在於檔案系統中。

         注意：FIFO嚴格遵循先進先出，對管道及FIFO的讀總是從開始處返回資料，對他們的寫則是把資料添加到末尾。不支援lseek()等檔案操作。

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode)

         該函數的第一個參數是一個普通的路徑名，也就是建立後FIFO的名字。第二個參數與開啟普通檔案的open()函數中的mode 參數相同。如果mkfifo的第一個參數是一個已經存在的路徑名時，會返回EEXIST錯誤，所以一般典型的調用代碼首先會檢查是否返回該錯誤，如果確實返回該錯誤，那麼只要調用開啟FIFO的函數就可以了。一般檔案的I/O函數都可以用於FIFO，如close、read、write等等

        無名管道由一個在基本檔案系統存放裝置上的INODE，一個與其相連的記憶體INODE，兩個開啟檔案控制區（分別對應管道的資訊發送端和資訊接收端）及其所屬進程的描述資訊來標識，在系統執行PIPE（P）命令列之後產生。並在P[0]中返回管道的讀通道開啟檔案描述等，在P[1]中返回管道的寫通道開啟檔案描述符。從結構上看，無名管道沒有檔案路徑名，不佔用檔案目錄項，因此檔案目錄結構中的鏈表不適用於這種檔案，它只是存在於開啟檔案結構中的一個臨時檔案，隨其所依附的進程的生存而生存，當進程終止時，無名管道也隨之消亡。

        送入管道的資訊一旦被讀進程取用就從管道中消失了，讀寫操作之間符合先進先出的隊列原則。

        管道檔案是處理序間通訊的工具，為了盡量少的佔用系統儲存資源，一般系統均將其限制為最大長度為4096（PIPSIZ）位元組的小型檔案。當欲寫入的訊息超過4096位元組時，就產生了讀、寫進程之間的同步問題。首先寫操作尋找PIPE檔案中當前指標的位移量F-OFFSET，然後從此位置開始盡量寫入資訊，當長度達到4096位元組時，系統控制寫進程進入睡眠狀態，一直等待讀進程取走全部資訊時，檔案長度指標置0，寫進程才被喚醒繼續工作。

        為防止多個進程同時讀寫一個管道檔案而產生混亂，在管道檔案的INODE標誌字I-FLAY項中設定了ILOCK標誌項，以設定軟體鎖的方式實現多進程間對管道檔案的互斥使用。

無名管道存在著如下兩個嚴重的缺點。

        第一，無名管道只能用於串連具有共同祖先的進程。

        第二，無名管道是依附進程而臨時存在的。所以後來推出了一種無名管道的變種-有名管道，它常被稱為FIFO。有名管道除繼承了無名管道的所有特性優點之外，還屏棄了無名管道的兩個缺點。

        首先，FIFO是一種永久性的機構，它具有普通的UNIX系統檔案名稱。在系統下可利用MKNOD命令建立永久的管道，除非刻意刪除它，否則它將一直保持在系統中。

        其次，正是由於有名管道以“檔案名稱”來標識，所以只要事先約定某一特定檔案名稱，那樣所有知道該約定的服務進程，不論它們之間是否有親屬關係，都可以便利地利用管道進行通訊。

       通過下面的命令可以建立一個具名管道：

       /etc/mknod pipe_name p 

       其中“pipe_name”是要建立的具名管道的名字，參數p 必須出現在具名管道名字之後。 

   named pipes(具名管道）管道具有很好的使用靈活性，表現在：

   1) 既可用於本地，又可用於網路。

   2) 可以通過它的名稱而被引用。

   3) 支援多客戶機串連。

   4) 支援雙向通訊。

   5) 支援非同步重疊I/O操作。

 

無名管道與有名管道的異同：

 

            1.通訊方式；

 

            2.進程是否相關；

 

            3.存在地區不同；

 

            4.存在周期不同；

 

            相同點:

 

            1.都是先進先出；            

 

            2.管道的容量相同；

 

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