Linux进程间通信学习2

共享内存

相比于前三个IPC方式，共享内存有什么不同？
我们可以假设两个人要进行交流，管道和FIFO就好像两人中间有一个水管，一方往里面放，另一方就只能拿；消息队列就好像一个人往箱子里面放纸条，另一个人从箱子里拿出纸条，读取完后再把纸条放回去（消息读完后不会消失，不同于管道）；而共享内存就像两人中间有一张桌子，一个人往桌子上写东西，另一个人可以直接看到它写的（桌子对于两个人来说是共用的）。

由名字可知，两个进程可以挂载同一个内存空间，这个内存空间是共享的。
相关函数：

#include <sys/shm.h>
//创建或获取一个共享内存:成功返回共享内存ID，失败返回-1
int shmget(key_t key, size_t size, int flag);//连接共享内存到当前进程的地址空间:成功返回指向共享内存的指针，失败返回-1
void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);//断开与共享内存的连接:成功返回0，失败返回-1
int shmdt(void *addr);//控制共享内存的相关信息:成功返回0，失败返回-1
int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);

这个参数Key之间我是直接初始化为一个32位的整数，现在我们用一下其他方法，顺便学习一下一个函数——ftok函数。

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

参数：
1.函数的第一个参数是一个路径名，通常是一个存在的文件路径，待会的代码示例中会传入"."，这意味着 ftok 函数会使用当前进程的工作目录（即程序运行时所在的目录）作为路径来生成键值，我们只需要知道怎么使用就行了。
2.第二个参数proj_id，它用于进一步区分同一路径下不同对象（如消息队列、信号量、共享内存）的键值。在使用ftok函数时，传入的proj_id值应当是一个非零的整数。简单理解就是这个数字可以被视为一个简单的标识符，用于区分同一路径下不同的对象。
运用函数小demo：
write:

#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main()
{int shmid;char *shmaddr;key_t key;key=ftok(".",1);//获取键值shmid=shmget(key,1024*4,IPC_CREAT|0666);//创建一个共享内存，权限为可读可写，大小为4兆if(shmid==-1)//创建/获取共享内存失败{printf("shmget failed\n");exit(-1);}	shmaddr=shmat(shmid,0,0);//挂载共享内存，获取地址strcpy(shmaddr,"hello!\n");//将字符串复制到共享内存里sleep(5);/眠五秒shmdt(shmaddr);//取消挂载/卸载共享内存shmctl(shmid,IPC_RMID,0);//删除共享内存return 0;
}

注意：
1.创建共享内存时，空间大小必须以兆为单位，即1024字节，shmget函数的第二个参数一般传入IPC_CREAT(创建)，还需要|上创建的权限（0666表示可读可写，0777表示可读可写可执行）。
2.挂载共享内存shmat的第二和第三个参数通常写0即可，第二个参数写0表示让Linux内核为我们自动安排共享内存，第三个表示挂载/映射的共享内存为可读可写。
3.删除共享内存的第三个参数通常写0，表示不接收删除共享内存的信息等。

read:

#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main()
{int shmid;char *shmaddr;key_t key;key=ftok(".",1);//获取键值shmid=shmget(key,1024*4,IPC_CREAT|0666);//创建一个共享内存，权限为可读可写，大小为4兆if(shmid==-1)//创建/获取共享内存失败{printf("shmget failed\n");exit(-1);}	shmaddr=shmat(shmid,0,0);//挂载共享内存，获取地址strcpy(shmaddr,"hello!\n");//将字符串复制到共享内存里sleep(5);/眠五秒shmdt(shmaddr);//取消挂载/卸载共享内存shmctl(shmid,IPC_RMID,0);//删除共享内存return 0;
}

运行结果：

容易误解事项：
将write函数改写为这样后，就是将sleep函数改迟一点点：

运行结果还是一样的，只要不删除；另外一个进程就还可以读出共享内容的信息，而不是一定要两个进程一起挂起才可以！

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共享内存补充
在终端输入指令 ipcs -m 来查看系统中有哪些共享内存

输入 ipcrm -m shmid shmid为共享内存的ID，用于删除共享内存

共享内存有个小缺陷，就是两个人不能同时写，不然数据会混在一起，所以共享内存一般都结合信号量来使用，一个人写的时候另一个人只能看。
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信号

信号概述以及种类

1.信号的名字和编号
每个信号都有一个名字和编号，这些名字都以“SIG"开头，例如"SIGIO","SIGCHLD"等等。

信号定义在 signal.h 头文件中，信号名都定义为正整数。

具体的信号名称可以使用 kill -l 来查看信号的名字以及序号，信号是从1开始编号的，不存在0号信号。kil对于信号0有特殊的应用。

(使用 kill -l 指令查看信号的名字以及序号)

假设我们写了一个无限循环的程序，想要让它停止运行，我们会按 Ctrl+C 键来终止进程，其实就是向进程发送了第2个信号SIGINT。

还有一种杀死进程的方式，另外打开一个终端，输入 ps -aux |grep 可执行文件名 来查找正在运行的进程ID，再输入 kill -9 进程ID 即可杀死进程，并且在终端打印Killed，kill是发送信号的指令，-9表示发送第9个信号，也就是发送SIGKILL信号给对应ID的进程。以上说的这些指令都需要我们掌握，因为后面的代码示例都是根据这些指令来写的。
运用一下：

信号的处理

信号的处理有三种方法，分别是:忽略、捕捉和默认动作

·忽略信号，大多数信号可以使用这个方式来处理，但是有两种信号不能被忽略(分别是== SIGKILL ==和 ==SIGSTOP ==)。因为他们向内核和超级用户提供了进程终止和停止的可靠方法，如果忽略了，那么这个进程就变成了没人能管理的的进程，显然是内核设计者不希望看到的场景。

·捕捉信号，需要告诉内核，用户希望如何处理某一种信号，说白了就是写一个信号处理函数，然后将这个函数告诉内核。当该信号产生时，由内核来调用用户自定义的函数，以此来实现某种信号的处理。

·系统默认动作，对于每个信号来说，系统都对应有默认的处理动作，当发生了该信号，系统会自动执行。不过，对系统来说，大部分的处理方式都比较粗暴，就是直接杀死该进程。

信号相关函数（简单）

信息处理函数的注册：

#include <signal.h>//它定义了一个名为sighandler_t的新类型（typedef），该类型是一个指向函数的指针，这个函数接受一个整型参数 int，并且没有返回值（void）
typedef void (*sighandler_t)(int)sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
//handler就是这个新定义的类型

参数：
signum:就是上面说的用kill -l查看的信号的名字
handler：我们要传入的函数
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信号处理发送函数：

#include <signal.h>
#include <sys/types.h>int kill(pid_t pid, int siq);//第一个参数传入进程ID，第二个参数传入信号的编号

运用小demo

实现ctrl+c无法终止进程

平时我们想要认为的去终止进程，我们都是直接CTRL+C就可以了，假设我们写了一个无限循环的程序，想要让它停止运行，我们会按 Ctrl+C 键来终止进程，其实就是向进程发送了第2个信号SIGINT。
代码：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>void handler(int signum)//自定义函数，参数为整形，无返回值
{printf("get signum=%d\n",signum);//打印信号编码printf("never quit\n");
}int main()
{signal(SIGINT,handler);//检测SIGINT信号(Ctrl+C)，检测到了进入handler函数while(1);return 0;
}

本来信号的处理就是系统默认动作，现在相当于我将它改写了，就是捕获这个信号SIGINT，一旦捕获到就执行我们的函数handler，这里就是简单打印了，就没有让进程退出来。

使用kill函数在程序内部实现一个进程杀死另外一个进程

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>int main(int argc, char **argv)
{int signum;int pid;signum = atoi(argv[1]);//将字符串转换为整数类型pid = atoi(argv[2]);kill(pid,signum);printf("send signal ok\n");return 0;
}

运行结果：

就相当于前面用的kill -9 +pid

信号相关函数高级版

信息处理函数的注册：

#include <signal.h>int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

参数：
1.信号编号，要接收哪个信号？
2.是一个指向 struct sigaction 类型的结构体指针，结构体原型为：

struct sigaction {void (*sa_handler)(int);           // 指定信号处理函数void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); // 详细信号处理函数sigset_t sa_mask;                  // 额外的要阻塞的信号集合int sa_flags;                      // 特殊标志void (*sa_restorer)(void);         // 未使用，以备将来扩展
};

！！！通常配置结构体的第二个和第四个参数即可，第四个参数设置成 SA_SIGINFO ，这表示在使用sigaction函数设置信号处理时，希望使用详细的信号处理函数 sa_sigaction 而不是简单的处理函数 sa_handler ，因为我们只设置结构体的第二个和第四个参数，所以自然选择这个配套在一起，第二个参数传入自定义的函数名即可。
3.传入NULL即可

第二个参数我们慢慢刨开来看，第二个参数是一个结构体指针，里面我们一般配置第2,4个即可，第4个已经说了，那么我们可以看出来第2个这个函数原型为：

void handler(int signum, siginfo_t *info, void *context);

参数：
1.信号的编号，由操作系统传入。
2.siginfo_t是一个结构体，它定义在 <signal.h> 头文件中，这个结构体包含了关于信号更详细的信息，使得信号处理函数能够获取有关信号发生背景的更多信息。

可以看到siginfo结构体包含了很多参数，代码示例我们只需要接受这两个参数，它会将接受到的整型数放在这里，而== si_value== 又是一个结构体，整型数据会存放在 si_value.sival_int 里面。
3.第三个参数用来判断空或者非空（有无收到数据）
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信号处理发送函数：

#include <signal.h>int sigqueue(pid_t pid, int siq, const union sigval value);

参数：
1.传入要接收信号的进程的进程ID。
2.要发送的信号的编号。
3.第三个参数是个联合体（二选一），原型如下：

union sigval {int sival_int;      // 整数值作为附加数据void *sival_ptr;    // 指针作为附加数据
};

之所以叫高级版，就是可以实现进程间收发数据，入门版的函数更像是发送某些指令，而高级版可以发送信号的同时发送数据，要么发送整形数，要么发送字符串等。
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运用函数小demo

就简单一个写读数据即可
read:

#include <stdio.h>
#include <signal.h>void handler(int signum, siginfo_t *info, void *context)//用户自定义函数
{printf("get signum %d\n",signum);//打印信号编号if(context != NULL)//如果内容非空{printf("get data = %d\n",info->si_int);//打印收到的数据printf("get data = %d\n",info->si_value.sival_int);//打印收到的数据}
}int main()
{struct sigaction act;//定义struct sigaction类型的结构体/** 只需要配置结构体的两个参数，实现最基础的功能*/act.sa_sigaction = handler;//传入自定义函数名act.sa_flags = SA_SIGINFO;sigaction(SIGUSR1,&act,NULL);//检测SIGUSR1信号，参数二传入结构体指针，参数三通常写NULLprintf("%d\n",getpid());//打印一下进程的ID，方便write函数发送信号和数据while(1);//不让程序退出return 0;
}

write:

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>int main(int argc, char **argv)
{int signum;pid_t pid;/** 将main函数传入的字符串转换为整形数*/signum = atoi(argv[1]);pid = atoi(argv[2]);union sigval value;//定义联合体value.sival_int = 100;//发送整形数100sigqueue(pid,signum,value);//第三个参数直接传入value即可return 0;
}

运行结果：

左边先运行read函数，此时会打印进程的ID号，右边再运行write函数，第一个参数传入信号的编号，SIGUSR1的编号是10，再传入进程ID，这时右边就会打印到收到的数据和信号编号，因为发送的是整型数，所以他会存在两个地方（见proread.c用户自定义函数部分）
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信号量

这个Linux的信号量和FreeRTOS的信号量差不多的，只不过是函数的不同罢了！
可以看一下这个FreeRTOS的信号量一起理解一下：FreeRTOS信号量

信号量相关函数

#include <sys/sem.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>//创建或获取一个信号量组:若成功返回信号量集ID，失败返回-1
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);//对信号量数组进行操作，改变信号量的值:成功返回0，失败返回-1
int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);//控制信号量的相关信息
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

参数：

运用小demo:

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>      
#include <sys/sem.h>
#include <unistd.h>union semun//联合体的原型
{int val;    /* Value for SETVAL */struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO */
};void p(int semid)//拿钥匙
{struct sembuf set;//定义结构体set.sem_num = 0;set.sem_op = -1;//拿出去-1set.sem_flg = SEM_UNDO;semop(semid,&set,1);printf("get key\n");
}void v(int semid)//放钥匙
{struct sembuf set;set.sem_num = 0;set.sem_op = 1;//放进去+1set.sem_flg = SEM_UNDO;semop(semid,&set,1);printf("put back key\n");
}int main(int argc, char **argv)
{key_t key;key = ftok(".",2);int semid;semid = semget(key,1,IPC_CREAT|0666);union semun initsem;initsem.val = 0;//设置联合体的val为0，就是盒子里面没有信号量，需要“放钥匙”semctl(semid,0,SETVAL,initsem);//传入定义的联合体变量int pid=fork();if(pid>0)//父进程{/*如果是父进程先运行，里面初始化是没有信号量的，会阻塞在这里*/p(semid);//拿钥匙（刚开始没有，需要别人放进去才可以拿，没有拿不了）printf("father\n");v(semid);//放钥匙}else if(pid == 0)//子进程{printf("child\n");v(semid);//放钥匙（给父进程有的拿）}return 0;
}

运行结果：