学习记录——day26 进程间的通信 无名管道 无名管道 信号通信 特殊的信号处理

目录

一、进程间通信引入

二、无名管道

1、无名管道相关概念

2、无名管道的API接口函数 pipe(int pipefd[2]);

3、管道通信的特点

4、管道的读写特点

 三、有名管道

1、有名管道：有名字的管道文件，其他进程可以调用

2、可以用于亲缘进程间的通信，也可以用于非亲缘进程间的通信

3、有名管道的API函数 mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

 四、信号通信

1、信号通信相关概念

2、信号通信相关指令: kil -  man 7 signal

3、将信号与信号处理方式连接函数

 五、特殊的信号处理

1、SIGCHLD信号:以非阻塞的形式回收僵尸进程

2、SIGALRM:定时器信号

3、kill(pid_t pid, int sig)  信号的发送函数

 使用有名管道实现两个进程间相互通信

 使用有名管道实现，一个进程用于给另一个进程发消息，另一个进程收到消息后，展示到终端上，并且将消息保存到文件上

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一、进程间通信引入

1、对于多个线程间的通信，可以使用使用临界资源来完成，通过一个线程任务对临界资源进行修改，另一个线程也可以使用已经修改过的临界资源，但是要注意使用同步互斥机制完成对临界资源的保护

2、对于进程而言，用户空间是独立的，全局变量也是独立拥有的，更改一个进程的全局变量，其他进程的全局变量不受影响

3、可使用文件完成进程间的通信，但是要求写进程先完成向文件中写入数据，然后读进程才能读取数据，必须要加入进程的同步操作

4、对于进程而言，内核空间是共享的，可通过内核空间存取数据的方式，来完成两个进程之间信息的交流

5、进程间通信方式：

1）内核提供的原始通信方式
        无名管道
        有名管道
        信号
2）system V提供三种方式
        消息队列
        共享内存
        信号量集

二、无名管道

1、无名管道相关概念

1）无名管道：没有名字的管道文件，其他进程不能使用无名管道文件的文件描述符，但可以遗传，所以该方法仅适用于亲缘进程（父子进程）

2）原理:，通过内核，在内存中创建出一个管道文件，存放在内存空间，并不在文件系统中真实存在。当打开该文件时，会返回该文件的两个文件描述符，分别对应读端和写端。可以通过读端从管道中读取数据，从写端向管道中写入数据。当该文件的读写两端全部被关闭后，该管道文件会在内存中消失

3）注意:由于打开管道时返回的是文件描述符，所以，对该文件的操作，只能使用文件IO；

               对于存入管道中的数据的读取是一次性的，当数据读取结束后，数据就不存在于管道文件中了

2、无名管道的API接口函数 pipe(int pipefd[2]);

       #include <unistd.h>

       int pipe(int pipefd[2]);
       功能：在通过内核在内存中创建一个无名管道，并通过参数将该管道文件的两个文件描述符返回
       参数：接收文件描述符的数组，pipefd[0]表示管道文件的读端，pipefd[1]表示管道的写端
       返回值：成功返回0，失败返回-1并置位错误码

#include <myhead.h>int main(int argc, char const *argv[])
{// 成绩用于通讯的管道an文件，并返回文件对应的ean文件as描述符int pipefd[2];if (pipe(pipefd) == -1){perror("pipe error");return -1;}// 创建子进程pid_t pid = fork();if (pid < 0){perror("fork error");return -1;}else if (pid == 0){// 子进程char rbuf[128] = "";// 关闭写端close(pipefd[1]);while (1){bzero(rbuf, sizeof(rbuf));read(pipefd[0], rbuf, sizeof(rbuf));if (strcmp(rbuf, "quit") == 0){break;}printf("收到父进程的信息:%s\n", rbuf);}// 关闭读端close(pipefd[0]);// 退出exit(EXIT_SUCCESS);}// 父进程char sbuf[128] = "";// 关闭读端close(pipefd[0]);while (1){usleep(10);printf("父进程中输入:");fgets(sbuf, sizeof(sbuf), stdin); // 从终端获取数据sbuf[strlen(sbuf) - 1] = 0;// 发送数据给子进程：将数据通过写端写入管道 pipefd[1]write(pipefd[1], sbuf, strlen(sbuf));if (strcmp(sbuf, "quit") == 0){break;}}// 关闭写端close(pipefd[1]);// 回收子进程wait(NULL);return 0;
}

注：对于单个进程，读写端一般只保留其中之一

3、管道通信的特点

1）管道通信是半双工的通信方式
    单工：任意时刻只能A向B发送消息，B不能向A发送消息
    半双工：同一时刻，只能A向B发送消息或者B向A发消息
    全双工：任意时刻，AB可以互相发送消息
2）无名管道只适用于亲缘进程间通信
3）无名管道也能完成自己跟自己的通信
4）无名管道文件的大小：64KB   2的16次方字节（65536）   

4、管道的读写特点

1）当管道读端存在时，写管道有多少写多少，直到写满64K为止
2）当管道读端不存在时，写管道写入数据时，会出现管道破裂，此时内核空间会向用户空间发送一个SIGPIPE信号
3）当写端存在时，读管道有多少读多少，没有数据会在read处阻塞
4）当写端不存在时，读管道有多少读多少，没有数据也不会在read处阻塞

 三、有名管道

1、有名管道：有名字的管道文件，其他进程可以调用

2、可以用于亲缘进程间的通信，也可以用于非亲缘进程间的通信

3、有名管道的API函数 mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

       #include <sys/types.h>
       #include <sys/stat.h>

       int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
    功能：在文件系统中创建一个有名管道，但是并没有打开该文件
    参数1：有名管道的名称
    参数2：管道文件的权限
    返回值：成功返回0，失败返回-1并置位错误码

 四、信号通信

1、信号通信相关概念

1）信号通信原理图:两个异步通信的进程之间，通过发送相关信号，完成任务间的通信

2） 信号是linux中软件模拟硬件的“中断”的一种方式

4）对于信号的处理方式有三种:默认、捕获、忽略

6）信号的发送者可以是内核、其他进程、用户自己

      有两个信号既不能被捕获，也不能被忽略:SIGKILL、SIGSTOP（只要放入signal函数中就会报错：参数不合法）

2、信号通信相关指令: kil -  man 7 signal

1）能够发送的信号可以通过指令:kil - 进行查看

 1) SIGHUP     2) SIGINT     3) SIGQUIT     4) SIGILL     5) SIGTRAP
 6) SIGABRT     7) SIGBUS     8) SIGFPE     9) SIGKILL    10) SIGUSR1
11) SIGSEGV    12) SIGUSR2    13) SIGPIPE    14) SIGALRM    15) SIGTERM
16) SIGSTKFLT    17) SIGCHLD    18) SIGCONT    19) SIGSTOP    20) SIGTSTP
21) SIGTTIN    22) SIGTTOU    23) SIGURG    24) SIGXCPU    25) SIGXFSZ
26) SIGVTALRM    27) SIGPROF    28) SIGWINCH    29) SIGIO    30) SIGPWR
31) SIGSYS    34) SIGRTMIN    35) SIGRTMIN+1    36) SIGRTMIN+2    37) SIGRTMIN+3
38) SIGRTMIN+4    39) SIGRTMIN+5    40) SIGRTMIN+6    41) SIGRTMIN+7    42) SIGRTMIN+8
43) SIGRTMIN+9    44) SIGRTMIN+10    45) SIGRTMIN+11    46) SIGRTMIN+12    47) SIGRTMIN+13
48) SIGRTMIN+14    49) SIGRTMIN+15    50) SIGRTMAX-14    51) SIGRTMAX-13    52) SIGRTMAX-12
53) SIGRTMAX-11    54) SIGRTMAX-10    55) SIGRTMAX-9    56) SIGRTMAX-8    57) SIGRTMAX-7
58) SIGRTMAX-6    59) SIGRTMAX-5    60) SIGRTMAX-4    61) SIGRTMAX-3    62) SIGRTMAX-2
63) SIGRTMAX-1    64) SIGRTMAX    

2）上面的信号触发条件以及默认处理方式可以通过指令 man 7 signal 进行查看

       Signal     Value     Action   Comment
       ────────────────────────────────────────────────────────        SIGHUP        1       Term    Hangup detected on controlling terminal
                                                or death of controlling process
       SIGINT        2        Term    Interrupt from keyboard
       SIGQUIT       3      Core    Quit from keyboard
       SIGILL        4         Core    Illegal Instruction
       SIGABRT       6      Core    Abort signal from abort(3)
       SIGFPE        8       Core    Floating-point exception
       SIGKILL       9        Term    Kill signal
       SIGSEGV      11       Core    Invalid memory reference
       SIGPIPE      13       Term    Broken pipe: write to pipe with no
                                                   readers; see pipe(7)
       SIGALRM      14       Term    Timer signal from alarm(2)
       SIGTERM      15       Term    Termination signal
       SIGUSR1   30,10,16    Term    User-defined signal 1
       SIGUSR2   31,12,17    Term    User-defined signal 2
       SIGCHLD   20,17,18    Ign     Child stopped or terminated
       SIGCONT   19,18,25    Cont    Continue if stopped
       SIGSTOP   17,19,23    Stop    Stop process
       SIGTSTP   18,20,24    Stop    Stop typed at terminal
       SIGTTIN   21,21,26    Stop    Terminal input for background process
       SIGTTOU   22,22,27    Stop    Terminal output for background process
 

3、将信号与信号处理方式连接函数

       #include <signal.h>

       typedef void (*sighandler_t)(int);

       sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
       功能：将信号与信号处理函数绑定到一起
       参数1：要绑定的信号
       参数2：信号处理函数
               SIG_IGN：表示忽略信号
               SIG_DFL：表示默认处理
               填自定义函数的入口地址
        返回值：成功返回处理方式的起始地址，失败返回 SIG_ERR

 五、特殊的信号处理

1、SIGCHLD信号:以非阻塞的形式回收僵尸进程

#include <myhead.h>
void handler(int signo)
{if (signo == SIGCHLD){while(waitpid(-1,NULL,WNOHANG));}}
int main(int argc, char const *argv[])
{if (signal(SIGCHLD,handler) == SIG_ERR){perror("signal error");return -1;}for (int i = 0; i < 10; i++){if (fork() == 0){exit(EXIT_SUCCESS);return -1;}}for(;;);  //此处不使用while，是因为while对cpu的占用是100%，导致handler函数没有执行return 0;
}

2、SIGALRM:定时器信号

        程序允许启动一个定时器，当所定的时间到位后，会发送一个SIGALRM信号，将该信号绑定到对应的信号处理函数中，给定时间，到时间自动处理自定义函数

        该信号需要使用一个函数来发送超时信号:alarm闹钟函数

       #include <unistd.h>

       unsigned alarm(unsigned seconds);
    功能：给进程设置一个定时器，以秒为单位，当定时器到位后，后向该进程发送一个SIGALRM的信号
    参数：秒数，如果参数设置成0，表示删除定时器
    返回值：>0:表示返回的上一个定时器剩余的秒数，并且重置上一个定时器
                    0:表示之前没有设置定时器

3、kill(pid_t pid, int sig)  信号的发送函数

       #include <signal.h>

       int kill(pid_t pid, int sig);
       功能：向指定的进程发送指定的信号
       参数1：要发送的进程号
           >0:表示向指定的进程发送信号
           =0：表示向某个进程组（当前进程所在的进程组）中发送信号
           =-1：向所有进程发送信号
           <-1:表示向其他进程组（组id为给定pid的绝对值）发送信号
       参数2：要发送的信号号
       返回值：      成功返回0，失败返回-1并置位错误码
       
       #include <signal.h>

       int raise(int sig);
       功能：向自己所在的进程发送指定的信号
       参数：要发送的信号
       返回值：成功返回0，失败返回非0数字
                    
 

 使用有名管道实现两个进程间相互通信

00.create.c  

#include <myhead.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{// 创建一个有名管道文件if (mkfifo("./linux", 0664) == -1){perror("mkfifo error");return -1;}// 创建一个有名管道文件if (mkfifo("./linux1", 0664) == -1){perror("mkfifo error");return -1;}getchar();system("rm linux");system("rm linux1");return 0;
}

01snd.c

#include <myhead.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{//创建子程序pid_t pid = fork();if (pid < 0){perror("fork error");return -1;}else if (pid == 0){// 以读的形式打开管道文件int rfd = open("./linux1", O_RDONLY);if (rfd == -1){perror("ropen error");return -1;}printf("./linux1 read open\n");// 接收数据char rbuf[128] = "";while (1){// 清空容器bzero(rbuf, sizeof(rbuf));// 读取数据read(rfd, rbuf, sizeof(rbuf));if (strcmp(rbuf, "quit") == 0){break;}printf("接收到:%s\n", rbuf);sleep(1);}// 关闭文件描述符close(rfd);exit(EXIT_SUCCESS);}// 以写的形式打开管道文件int wfd = open("./linux", O_WRONLY);if (wfd == -1){perror("wopen error");return -1;}printf("./linux write open\n");// 发送数据char wbuf[128] = "";while (1){printf("输入:");fgets(wbuf, sizeof(wbuf), stdin);wbuf[strlen(wbuf)-1] = 0;// 发送数据write(wfd, wbuf, strlen(wbuf));if (strcmp(wbuf, "quit") == 0){break;}}// 关闭文件描述符close(wfd);wait(NULL);return 0;
}

03recv.c

#include <myhead.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{// 创建子程序pid_t pid = fork();if (pid < 0){perror("fork error");return -1;}else if (pid == 0){// 以写的形式打开管道文件int wfd = open("./linux1", O_WRONLY);if (wfd == -1){perror("open error");return -1;}printf("./linux1 write open\n");// 发送数据char wbuf[128] = "";while (1){printf("输入:");fgets(wbuf, sizeof(wbuf), stdin);wbuf[strlen(wbuf) - 1] = 0;// 发送数据write(wfd, wbuf, strlen(wbuf));if (strcmp(wbuf, "quit") == 0){break;}}// 关闭文件描述符close(wfd);exit(EXIT_SUCCESS);}usleep(10);// 以读的形式打开管道e文件int rfd = open("./linux", O_RDONLY);if (rfd == -1){perror("open error");return -1;}printf("./linux read open\n");// 接收数据char rbuf[128] = "";while (1){// 清空容器bzero(rbuf, sizeof(rbuf));// 读取数据read(rfd, rbuf, sizeof(rbuf));if (strcmp(rbuf, "quit") == 0){break;}printf("接收到:%s\n", rbuf);sleep(1);}// 关闭文件描述符close(rfd);wait(NULL);return 0;
}

 使用有名管道实现，一个进程用于给另一个进程发消息，另一个进程收到消息后，展示到终端上，并且将消息保存到文件上

00.create.c

#include <myhead.h>
int main()
{// 创建一个有名管道文件if (mkfifo("./file", 0664) == -1){perror("mkfifo error");return -1;}getchar();system("rm linux");return 0;
}

01.send.c

#include<myhead.h>int main()
{int wfd=open("./file",O_WRONLY);if(wfd==-1){perror("open error");return -1;}char buf[128]="";while(1){printf("请输入>>>");//从终端读取数据fgets(buf,sizeof(buf),stdin);buf[strlen(buf)-1]=0; //末位置空（'\0'）//写入通道write(wfd,buf,strlen(buf));if(strcmp(buf,"quit")==0){break;}}//关闭文件操作符close(wfd);return 0;
}

02rece.c

#include<myhead.h>int main()
{int wfd=open("./lz",O_RDONLY);if(wfd==-1){perror("open error");return -1;}int pt=-1;if((pt=open("./text.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0664))==-1){perror("open error");return -1;}char buf[128]="";while(1){//清空bzero(buf, sizeof(buf));//从通道读取数据read(wfd, buf, sizeof(buf));//判断离开if(strcmp(buf,"quit")==0){break;}printf("收到%s\n",buf);//写入文件write(pt,buf,strlen(buf));}//关闭文件指针close(pt);//关闭通道读写close(wfd);return 0;
}