嵌入式学习——(Linux高级编程——IPC)

2024-08-24 18:12

本文主要是介绍嵌入式学习——(Linux高级编程——IPC),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

一、IPC 概述

进程间通信(Interprocess Communication,IPC)是指在不同进程之间进行数据交换和信息传递的机制。主要分为三大类:

  1. 古老的通信方式:包括无名管道、有名管道和信号。
  2. IPC 对象通信:如 System V、BSD、SUSE、Fedora 和 kernel.org 等系统中的消息队列、共享内存和信号量集等方式,但这里不讨论消息队列。
  3. socket 通信:主要用于网络通信。

二、管道通信

  1. 无名管道

    • 只能用于有亲缘关系(父子进程或爷孙进程等)的进程通信。通过pipe函数创建,特性如下:
      • 有固定的读写端,pipefd[0]为固定读端,pipefd[1]为固定写端。
      • 流程包括创建并打开管道(pipe函数)、读写管道(使用文件 IO 的读写方式)和关闭管道。
      • 注意事项:无名管道的架设应该在fork之前进行,以确保子进程能继承管道的文件描述符。
    • 管道特性:
      • 半双工工作模式。
      • 是特殊的文件,不支持定位操作,读写使用文件 IO。
      • 出现读写阻塞属于正常现象,例如写端一直写超过 64K 会阻塞;读端存在但管道为空时读会阻塞;读端关闭写管道会出现管道破裂错误;写端关闭且管道无内容时,read返回 0。
    • 练习及验证问题:
      • 父子进程是否都有fd[0]fd[1],在单一进程中写fd[1]能否从fd[0]读到:可以,写fd[1]可以从fd[0]读。
      • 管道的数据存储方式:以队列形式存储,先进先出,读数据会剪切取走数据不会保留。
      • 管道的数据容量:操作系统建议值为 512 * 8 = 4K,代码测试实际值为 65536 byte = 64K。
      • 管道的同步效果验证:读端关闭不能写,会出现SIGPIPE异常终止;写端关闭能读,但取决于管道有没有内容,若没有内容read返回 0 且不阻塞。固定的读写端不能互换,不能写fd[0]或读fd[1]
      • 练习双向通信:通过pipefork,在父子进程中分别进行读写操作实现双向通信。
  2. 有名管道(FIFO)

    • 有文件名称的管道,在文件系统中可见,可以给任意单机进程通信。框架包括创建有名管道、打开有名管道、读写管道、关闭管道和卸载有名管道。
    • 创建:使用mkfifo函数,在指定路径和名称下创建一个权限为指定模式的有名管道文件。
    • 打开:注意打开方式,因为管道是半双工模式,打开方式决定当前进程的读写方式。一般以O_RDONLYO_WRONLY方式打开,不能以O_RDWR方式打开,也不能有O_CREAT选项,因为创建管道有指定的mkfifo函数。
    • 读写:使用文件 IO 进行读写操作。
    • 关闭:使用close函数关闭管道文件描述符。
    • 卸载:使用remove函数(unlink函数)将有名管道文件卸载并从文件系统中删除。
    • 练习:编写非亲缘关系进程间通信程序,实现 A 程序向 B 程序连续发送不同数据并在 B 程序中打印输出,当双方收到quit时程序全部退出。思考题是关于有名管道的创建和维护工具的思考。

三、信号通信

  1. 应用于异步通信,如中断处理等。信号编号为 1 到 64,其中 32 个有具体含义的信号可供应用编程。信号的默认响应有以下几种:

    • Term:默认终止进程。
    • Ign:默认忽略信号。
    • Core:默认终止进程并转储核心(core文件)。
    • Stop:默认停止进程。
    • Cont:默认如果进程当前停止则继续进程。
  2. 发送端:

    • kill函数可以给指定进程发送特定信号,int kill(pid_t pid, int sig);,参数为接收信号的进程 ID 和要发送的信号编号。
    • raise函数相当于给自身进程发送信号,int raise(int sig) == kill(getpid(), int sig);
    • alarm函数定时由系统给当前进程发送信号,也称为闹钟函数,unsigned int alarm(unsigned int seconds);,闹钟只有一个且定时只有一次有效。
    • pause函数使进程暂停,直到收到其他信号才继续执行。
  3. 接收端:

    • 每个进程对信号有默认响应,但不是唯一响应,一般有默认处理、忽略处理和自定义处理三种方式,通过signal函数实现信号注册,sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);,其中handler可以是SIG_DFL(默认处理)、SIG_IGN(忽略处理)或自定义函数指针。但信号 9 和 19 不能被忽略也不能被自定义。
    • 自定义信号处理:
      • 必须事先定义自定义函数,格式为void fun(int sig),其中sig是接收到的信号编号。
      • 信号 10(SIGUSR1)和 12(SIGUSR2)是专门预留给程序员使用的未定义信号。

练习题包括编写自己的kill程序、测试所有 32 个系统信号是否能全部被忽略、编写信号处理函数处理自定义信号 10 和 12、验证信号的反复注册后信号处理流程等。

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