實(shí)驗(yàn)六進(jìn)程間通信

1、實(shí)驗(yàn)六進(jìn)程間通信實(shí)驗(yàn)六 進(jìn)程間通信 v預(yù)備知識(shí)Linux進(jìn)程間通信進(jìn)程軟中斷通信管道和消息隊(duì)列v實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)軟中斷通信函數(shù)管道通信的使用消息隊(duì)列的應(yīng)用v實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容1.1 Linux進(jìn)程間通信v實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)共享、事件通知、資源共享和進(jìn)程控制等vLinux的進(jìn)程間通信方式管道(Pipe)和有名管道(Named Pipe)信號(hào)(Signal)消息(Message)隊(duì)列共享內(nèi)存信號(hào)量(Semaphore)套接口(Socket)1.1 Linux進(jìn)程間通信管道和有名管道v管道用于具有親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信管道是半雙工的，數(shù)據(jù)只能單向流動(dòng)（雙方通信需建立兩個(gè)管道）管道只能用于父子進(jìn)程或兄弟進(jìn)程之間管道

2、對(duì)于管道兩端的進(jìn)程而言就是一個(gè)文件，并單獨(dú)構(gòu)成一種文件系統(tǒng)，存在于內(nèi)存中寫管道的內(nèi)容添加在管道緩沖區(qū)的末尾，讀管道則從緩沖區(qū)頭部讀出v有名管道在普通管道具備功能基礎(chǔ)上，通過給管道命名的方法變成管道文件，允許無親緣關(guān)系進(jìn)程間通過訪問管道文件進(jìn)行通信1.1 Linux進(jìn)程間通信信號(hào)v在一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程之間傳遞異步信號(hào)v類似于Windows下的消息，用于通知接收進(jìn)程有某種事件發(fā)生v當(dāng)某個(gè)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)有三種處理方式：忽略信號(hào)：大多數(shù)信號(hào)使用，但SIGKIL和SIGSTOP不能被忽略捕捉信號(hào)：通知內(nèi)核在某種信號(hào)發(fā)生時(shí)，調(diào)用一個(gè)用戶函數(shù)執(zhí)行系統(tǒng)默認(rèn)動(dòng)作：異常終止(abort)、退出(exit)、忽略(i

3、gnore)、停止(stop)或繼續(xù)(continue)1.1 Linux進(jìn)程間通信消息隊(duì)列v也叫報(bào)文隊(duì)列，是消息的鏈接表v有兩種類型的消息隊(duì)列：POSIX消息隊(duì)列和系統(tǒng)V消息隊(duì)列v運(yùn)行于同一臺(tái)機(jī)器上的進(jìn)程間通信，與管道類似v消息內(nèi)存可根據(jù)需要自行定義，可忽略信號(hào)承載信息量少、管道只能承載無格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺點(diǎn)v可以用流管道或套接口方式取代1.1 Linux進(jìn)程間通信共享內(nèi)存v在系統(tǒng)內(nèi)核分配一塊緩沖區(qū)，多個(gè)進(jìn)程都可以訪問該緩沖區(qū)v效率高：進(jìn)程可以直接讀寫內(nèi)存，不需任何數(shù)據(jù)拷貝，避免了內(nèi)核空間與用戶空間的切換v同步和協(xié)議都不受程序員控制，必須確保將句柄傳遞給子進(jìn)程和線程，需與其它通

4、信機(jī)制結(jié)合使用，來達(dá)到進(jìn)程間的同步及互斥v多用于存儲(chǔ)應(yīng)用程序的配置信息1.1 Linux進(jìn)程間通信信號(hào)量v也稱信號(hào)燈，用來協(xié)調(diào)不同進(jìn)程間的數(shù)據(jù)對(duì)象v提供對(duì)進(jìn)程間共享資源訪問控制的手段，用來保護(hù)共享資源v還可用于進(jìn)程間及同一進(jìn)程不同線程間的進(jìn)程同步v兩種類型二值信號(hào)燈：取值只能為0或1，類似于互斥鎖計(jì)算信號(hào)燈：取值可以為任意非負(fù)值(受內(nèi)核本身約束)1.1 Linux進(jìn)程間通信套接口v也稱套接字，用于不同機(jī)器之間的進(jìn)程間通信v通信域是用來說明套接口通信的協(xié)議，創(chuàng)建套接口時(shí)要指明它的通信域v常見的有：UNIX域套接口、網(wǎng)際通信域v系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編程接口，以文件的形式實(shí)現(xiàn)（屬于sockfs特殊文件系統(tǒng)）1

5、.2 進(jìn)程軟中斷通信v即信號(hào)，提供一種簡單的處理異步事件的方法v信號(hào)機(jī)制是對(duì)中斷機(jī)制的一種模擬，又稱為軟中斷v信號(hào)與中斷的相似點(diǎn)采用了相同的異步通信方式當(dāng)檢測(cè)出有信號(hào)或中斷請(qǐng)求時(shí)，暫停正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序處理完畢后返回到原來的斷點(diǎn)對(duì)信號(hào)或中斷可以進(jìn)行屏蔽v信號(hào)與中斷的區(qū)別中斷有優(yōu)先級(jí)，而信號(hào)沒有優(yōu)先級(jí)，所有的信號(hào)都是平等的信號(hào)處理程序在用戶態(tài)下運(yùn)行，而中斷處理程序在核心態(tài)下運(yùn)行中斷響應(yīng)是及時(shí)的，而信號(hào)響應(yīng)通常都有較大的時(shí)間延遲1.2 進(jìn)程軟中斷通信信號(hào)機(jī)制的功能v發(fā)送信號(hào)發(fā)送進(jìn)程把信號(hào)送到指定進(jìn)程信號(hào)域的某一位上，如目標(biāo)進(jìn)程正在一個(gè)可被中斷的優(yōu)先級(jí)上睡眠，核心便將其喚醒v預(yù)置

6、對(duì)信號(hào)的處理方式進(jìn)程處于核心態(tài)時(shí)，即使受到軟中斷也不予理睬；只有當(dāng)它返回到用戶態(tài)后，才處理軟中斷信號(hào)v收受信號(hào)的進(jìn)程按事先規(guī)定完成對(duì)相應(yīng)事件的處理1.3 管道和消息隊(duì)列無名管道int pipe(int fd2)；一般的文件I/O函數(shù)都可用v讀數(shù)據(jù)規(guī)則若管道的寫端不存在，讀出字節(jié)數(shù)為0寫端存在時(shí)，若請(qǐng)求字節(jié)數(shù)大于PIPE_BUF，則返回管道中的現(xiàn)有數(shù)據(jù)；否則返回請(qǐng)求的字節(jié)數(shù)v寫入規(guī)則不保證寫入的原子性，若有空閑區(qū)域，寫進(jìn)程就會(huì)試圖寫入管道，若讀進(jìn)程不讀走數(shù)據(jù)，則寫操作將一直阻塞管道讀端存在時(shí)，寫入數(shù)據(jù)才有意義；否則，寫進(jìn)程將收到內(nèi)核傳來的SIFPIP信號(hào)，應(yīng)用程序處理該信號(hào)或忽略（默認(rèn)終止應(yīng)用程

7、序）1.3 管道和消息隊(duì)列命名管道(1)int mkfifo(const char * pathname, mode t_mode)；v增加了打開操作：若當(dāng)前打開操作是為讀而打開，若已有進(jìn)程為寫而打開，則打開成功；否則，阻塞直到有相應(yīng)進(jìn)程為寫而打開(設(shè)置了阻塞標(biāo)識(shí))，或成功返回(未設(shè)置阻塞標(biāo)識(shí))若當(dāng)前打開操作是為寫而打開，若已有進(jìn)程為讀而打開，則打開成功；否則，阻塞直到有進(jìn)程為讀而打開(設(shè)置了阻塞標(biāo)識(shí))，或返回ENXIO錯(cuò)誤(未設(shè)置阻塞標(biāo)識(shí))1.3 管道和消息隊(duì)列命名管道(2)v約定：如果進(jìn)程為了從FIFO中讀取數(shù)據(jù)而阻塞打開FIFO，那么稱該進(jìn)程內(nèi)的讀操作為設(shè)置了阻塞標(biāo)志的讀操作 如果進(jìn)程為

8、了向FIFO中寫入數(shù)據(jù)而阻塞打開FIFO，那么稱該進(jìn)程內(nèi)的寫操作為設(shè)置了阻塞標(biāo)志的寫操作 v讀數(shù)據(jù)規(guī)則若有進(jìn)程寫打開FIFO，且當(dāng)前FIFO中無數(shù)據(jù)，則對(duì)于設(shè)置了阻塞標(biāo)志的讀操作，將一直阻塞；對(duì)無阻塞標(biāo)志的讀操作則返回-1讀打開的阻塞標(biāo)志只對(duì)本進(jìn)程第一個(gè)讀操作施加作用，如果有多個(gè)讀操作序列，則在第一個(gè)讀操作被喚醒并完成后，后續(xù)的讀操作將不再阻塞如果沒有進(jìn)程寫打開，則設(shè)置了阻塞標(biāo)志的讀操作阻塞1.3 管道和消息隊(duì)列命名管道(3)v對(duì)于設(shè)置了阻塞標(biāo)志的寫操作：當(dāng)要寫入的數(shù)據(jù)量不大于PIPE_BUF時(shí)，若管道空閑緩沖區(qū)不足以容納要寫入的字節(jié)數(shù)，則睡眠，直到緩沖區(qū)滿足要求時(shí)，一次性寫操作(原子性) 當(dāng)

9、要寫入的數(shù)據(jù)量大于PIPE_BUF時(shí)，緩沖區(qū)一有空閑區(qū)域，寫進(jìn)程就會(huì)試圖寫入數(shù)據(jù)，在寫完所有請(qǐng)求寫的數(shù)據(jù)后返回(非原子性) v對(duì)于沒有設(shè)置阻塞標(biāo)志的寫操作：當(dāng)要寫入的數(shù)據(jù)量大于PIPE_BUF時(shí)，在寫滿所有FIFO空閑緩沖區(qū)后，寫操作返回(非原子性) 當(dāng)要寫入的數(shù)據(jù)量不大于PIPE_BUF時(shí)，若當(dāng)前FIFO空閑緩沖區(qū)能夠容納請(qǐng)求寫入的字節(jié)數(shù)，寫完后成功返回；若當(dāng)前FIFO空閑緩沖區(qū)不能容納請(qǐng)求寫入的字節(jié)數(shù)，則返回EAGAIN錯(cuò)誤(原子性) 1.3 管道和消息隊(duì)列消息隊(duì)列v消息的鏈表，有寫權(quán)限的進(jìn)程可以向隊(duì)列中按照一定的規(guī)則添加新消息；有讀權(quán)限的進(jìn)程則可以從消息隊(duì)列中讀出信息v消息隊(duì)列是一個(gè)臨界

10、資源，讀寫操作必須互斥執(zhí)行v消息隊(duì)列獨(dú)立于發(fā)送和接收進(jìn)程，減少了在打開和關(guān)閉有名管道之間同步的困難v消息隊(duì)列的操作：打開或創(chuàng)建操作讀寫操作獲得或設(shè)置消息隊(duì)列屬性實(shí)驗(yàn)六 進(jìn)程間通信 v預(yù)備知識(shí)Linux進(jìn)程間通信進(jìn)程軟中斷通信管道和消息隊(duì)列v實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)軟中斷通信函數(shù)管道通信的使用消息隊(duì)列的應(yīng)用v實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容2.1 軟中斷通信函數(shù)(1)v向一個(gè)進(jìn)程或一組進(jìn)程發(fā)送一個(gè)信號(hào)：int kill(pid, sig)pid0時(shí)，核心將信號(hào)發(fā)送給進(jìn)程pidpid0時(shí)，核心將信號(hào)發(fā)送給與發(fā)送進(jìn)程同組的所有進(jìn)程pid=-1時(shí)，核心將信號(hào)發(fā)送給所有用戶標(biāo)識(shí)符真正等于發(fā)送進(jìn)程的有效用戶標(biāo)識(shí)號(hào)的進(jìn)程v預(yù)置信號(hào)接收后的處

11、理方式：signal(sig, function)function=1時(shí)，屏蔽該類信號(hào)function=0時(shí)，收到sig信號(hào)后終止自己function為非0、非1類整數(shù)時(shí)，執(zhí)行用戶設(shè)置的軟中斷處理程序2.1 軟中斷通信函數(shù)(2)vpid_t wait(int * status)暫時(shí)停止目前進(jìn)程的執(zhí)行，直到有信號(hào)來或子進(jìn)程結(jié)束vpid_t waitpid(pid_t pid, int * status, int options)pid的取值vpid=-1時(shí)，等待任何一個(gè)子進(jìn)程退出，相當(dāng)于wait()vpid=0時(shí)，等待進(jìn)程組ID與目前進(jìn)程相同的任何子進(jìn)程vpid-1時(shí)，等待進(jìn)程組ID為pid絕對(duì)

12、值的任何子進(jìn)程options有兩個(gè)常數(shù)參數(shù)，可使用或運(yùn)算，不用時(shí)設(shè)為0vWNOHANG：即使沒有任何子進(jìn)程退出，它也會(huì)立即返回vWUNTRACED：子進(jìn)程進(jìn)入暫停執(zhí)行狀態(tài)并馬上返回，但結(jié)束狀態(tài)不予以理會(huì)2.2 管道通信的使用無名管道的使用v將數(shù)據(jù)寫入管道：write()管道長度受到限制，管道滿時(shí)寫入操作將被阻塞，直到管道中的數(shù)據(jù)被讀取fcntl()可將管道設(shè)置為非阻塞模式v從管道讀取數(shù)據(jù)：read()當(dāng)數(shù)據(jù)被讀取后，數(shù)據(jù)將自動(dòng)被管道清除不能由一個(gè)進(jìn)程向多個(gè)進(jìn)程同時(shí)傳遞同一個(gè)數(shù)據(jù)fcntl()可將管道讀模式設(shè)置為非阻塞模式v關(guān)閉管道：close()關(guān)閉讀端口時(shí)，在管道上進(jìn)行寫操作的進(jìn)程將收到SI

13、GPIPE信號(hào)關(guān)閉寫端口時(shí)，進(jìn)行讀操作的read()函數(shù)將返回02.2 管道通信的使用命名管道的創(chuàng)建與讀寫v創(chuàng)建命名管道：int mknod(const char *path, mode_t mod, dev_t dev)；int mkfifo(const char *path, mode_t mode)；v命名管道必須先調(diào)用open()將其打開同時(shí)用讀寫方式(O_RDWR)打開時(shí)，一定不會(huì)導(dǎo)致阻塞 以只讀方式(O_RDONLY)打開時(shí)，調(diào)用open()函數(shù)的進(jìn)程將會(huì)被阻塞直到有寫方打開管道 以寫方式(O_WRONLY)打開時(shí)，阻塞直到有讀方打開管道 2.3 消息隊(duì)列的應(yīng)用v消息隊(duì)列的創(chuàng)建：m

14、sgget(key_t key, int msgflg);v消息的發(fā)送：msgsnd(int msgqid, const void *msgp_ptr, size_t msg_sz, int msgflg);v消息的接收：msgrcv(int msgqid, void *msgp_ptr, size_t msg_sz, long int msgtype, int msgflg);v消息隊(duì)列的控制和撤銷：msgctl(int msgqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);實(shí)驗(yàn)六 進(jìn)程間通信 v預(yù)備知識(shí)Linux進(jìn)程間通信進(jìn)程軟中斷通信管道和消息隊(duì)列v實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)軟中斷

15、通信函數(shù)管道通信的使用消息隊(duì)列的應(yīng)用v實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膙掌握Linux系統(tǒng)進(jìn)程軟中斷通信的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法v了解管道通信的特點(diǎn)，掌握管道通信的使用方法v了解消息隊(duì)列通信機(jī)制及原理，掌握消息隊(duì)列相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用的使用方法及功能3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)v進(jìn)程的信號(hào)通信編寫程序。用fork()創(chuàng)建兩個(gè)子進(jìn)程，再用系統(tǒng)調(diào)用signal()讓父進(jìn)程捕捉鍵盤的中斷信號(hào)(即按Del鍵)；捕捉到中斷信號(hào)后，父進(jìn)程用系統(tǒng)調(diào)用kill()向兩個(gè)子進(jìn)程發(fā)出信號(hào)，子進(jìn)程捕捉到信號(hào)后分別輸出下列信息后終止：Child process 1 is killed by parent.Child process 2 is killed by parent.父進(jìn)程等待兩個(gè)子進(jìn)程終止后，輸出如下信息后終止：Parent process is killed.然后在程序中，增加語句signal(SIGINT, SIG_IGN)和語句signal(SIGQUIT, SIG_IGN)，觀察執(zhí)行結(jié)果是否有變化，并分析原因。3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(2)v進(jìn)程的管道通信編寫程序，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的管道通信：父進(jìn)程使用系統(tǒng)