本文主要是介绍IO进程day06（进程间通信、信号、共享内存），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！
目录
【1】进程间通信 IPC
1》 进程间通信方式
2》 无名管道
1> 特点
2> 函数接口
3> 注意事项
练习：父子进程实现通信，父进程循环从终端输入数据，子进程循环打印数据，当输入quit结束。
3》有名管道
1> 特点
2> 函数接口
3> 注意事项
练习：通过两个进程实现 cp功能
4> 有名管道和无名管道的区别
【2】信号
1》概念
2》信号的响应方式
3》信号种类
4》 函数接口
1> 信号发送和挂起
2> 定时器 alarm
3> 信号处理函数 signal()
【3】共享内存
1》特点
2》步骤
3》 函数接口
4》命令
【1】进程间通信 IPC
1》 进程间通信方式
（1）早期的进程间通信：
无名管道(pipe)、有名管道(fifo)、信号(signal)
（2）system V PIC：
共享内存(share memory)、信号灯集(semaphore)、消息队列(message queue)
（3）BSD:
套接字(socket)
2》 无名管道
1> 特点
（1）只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信
（2）半双工的通信模式，具有固定的读端fd[0]和写端fd[1]。
（3）管道可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写可以使用文件IO如read、write函数。
（4）管道是基于文件描述符的通信方式。当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符 fd[0]和fd[1]。其中fd[0]固定用于读管道，而fd[1]固定用于写管道。
2> 函数接口
int pipe(int fd[2])
功能：创建无名管道
参数：文件描述符 fd[0]：读端 fd[1]:写端
返回值：成功 0
失败 -1
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{char buf[65536] = "";int fd[2] = {0}; //fd[0]代表读端，fd[1]代表写端if (pipe(fd) < 0){perror("pipe err");return -1;}printf("%d %d\n", fd[0], fd[1]);//结构类似队列，先进先出//1. 当管道中无数据时，读阻塞。// read(fd[0], buf, 32);// printf("%s\n", buf);//但是关闭写端就不一样了//当管道中有数据关闭写端可以读出数据，无数据时关闭写端读操作会立即返回。// write(fd[1], "hello", 5);// close(fd[1]);// read(fd[0], buf, 32);// printf("%s\n", buf);//2. 当管道中写满数据时，写阻塞，管道空间大小为64K// write(fd[1], buf, 65536);// printf("full!\n");//write(fd[1], "a", 1); //当管道写满时不能再继续写了会阻塞//写满一次之后，当管道中至少有4K空间时(也就是读出4K)，才可以继续写，否则阻塞。// read(fd[0], buf, 4096); //换成4095后面再写就阻塞了，因为不到4K空间// write(fd[1], "a", 1);//3. 当读端关闭，往管道中写入数据无意义，会造成管道破裂，进程收到内核发送的SIGPIPE信号。close(fd[0]);write(fd[1], "a", 1);printf("read close\n");return 0;
}用gdb调试可以看见管道破裂信号:
gcc -g xx.c
gdb a.out
r
3> 注意事项
（1）当管道中无数据时，读操作会阻塞
管道中有数据，将写端关闭，可以将数据读出
管道中无数据，将写端关闭，读操作会立即返回
（2）管道中装满（管道大小64K）数据写阻塞，一旦由 4k 空间，写继续
（3）只有在管道的读端存在时，向管道中写入数据才有意义，否则，会导致管道破裂，向管道中写入数据的进程将收到内核传来的SIGPIPE信号（通常Broken pipe错误）
练习：父子进程实现通信，父进程循环从终端输入数据，子进程循环打印数据，当输入quit结束。
提示：不需要加同步机制, 因为pipe无数据时读会阻塞。
先创建管道再fork，这样父子进程可以使用同一个无名管道。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{char buf[32];//定义一个数组int fd[2];//定义两个文件描述符if (pipe(fd) < 0)//创建管道并判断{perror("pipe err\n");return -1;}printf("%d %d\n", fd[0], fd[1]);//打印一下文件描述符int pid;pid = fork();//创建父子进程if (pid < 0)//创建失败{perror("fork err\n");return -1;}else if (pid == 0)//子进程{while (1){read(fd[0], buf, 32);//从读端读取管道中的数据到buf中printf("%s\n", buf);//打印buf中的数据}}else//父进程{while (1){scanf("%s", buf);//从终端输入数据到buf中if (strcmp(buf, "quit") == 0)//判断输入的是否为 quit，若是，则退出循环{break;}write(fd[1], buf, 32);//将 buf 中的数据从写端写到管道中}}return 0;
}3》有名管道
1> 特点
（1）有名管道可以使互不相关的两个进程互相通信。
（2）有名管道可以通过路径名来指出，并且在文件系统中可见，但内容存放在内存中。但是读写数据不会存在文件中，而是在管道中。
（3）进程通过文件IO来操作有名管道。
（4）有名管道遵循先进先出规则
（5）不支持如lseek（）操作
2> 函数接口
int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);
功能：创健有名管道
参数：filename：有名管道文件名
mode：权限
返回值：成功：0
失败：-1，并设置errno号
注意对错误的处理方式：
如果错误是file exist时，注意加判断，如：if(errno == EEXIST)
注意：函数只是在路径下创建管道文件，往管道中写的数据依然是写在内核空间中
练习：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>//引用错误号头文件int main(int argc, char const *argv[])
{if (mkfifo("./fifo", 0777) < 0){if (errno == EEXIST) //如果错误号信息是已存在则打印提示语句printf("file exist!\n");else{perror("mkfifo err");return -1;}}printf("mkfifo success\n");return 0;
}
3> 注意事项
（1）只写方式打开会阻塞，一直到另一个进程把读端打开
（2）只写方式打开会阻塞，一直到另一个进程把写端打开
（3）可读可写，如果管道中没有数据，读会阻塞
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{char buf[32] = "";if (mkfifo("./fifo", 0777) < 0){if (errno == EEXIST) // 如果错误号信息是已存在则打印提示语句printf("file exist!\n");else{perror("mkfifo err");return -1;}}printf("mkfifo success\n");// 打开文件int fd = open("./fifo", O_RDONLY);//只读方式会阻塞// int fd = open("./fifo", O_WRONLY);//只写方式会阻塞// int fd = open("./fifo", O_RDWR);//可读可写方式不会阻塞// 读写操作write(fd, "hello", 5);//向管道写 helloread(fd, buf, 32);//从管道中读取数据到buf中printf("%s\n", buf);//打印buf中内容return 0;
}
练习：通过两个进程实现 cp功能
一个进程读取源文件中的内容放到管道中，另一个进程读取管道中的内容写到目的文件中
读进程代码：
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{if (mkfifo("./fifo", 0777) < 0) // 创建管道文件{if (errno == EEXIST)printf("fifo exist\n");else{perror("mkfifo err\n");return -1;}}printf("fifo success\n");int fd, fd1;char buf[32];// 读fd = open("fifo", O_WRONLY);//以只写方式打开管道文件fd1 = open(argv[1], O_RDONLY);//以只读方式打开源文件int n;//保存读取的数据个数//循环读取源文件中的数据，先放到数组buf中，再从buf中读取放到管道中while (n = read(fd1, buf, 32))write(fd, buf, n);//关闭文件描述符close(fd);close(fd1);return 0;
}
写进程代码：
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{// 重复执行创建管道操作不会出错，因为当官到文件第一次被创建后，后面在创建不会影响而是会打印 EEXIST 的错误，提示已经存在if (mkfifo("./fifo", 0777) < 0) // 创建管道文件{if (errno == EEXIST)printf("fifo exist\n");else{perror("mkfifo err\n");return -1;}}printf("fifo success\n");int fd, fd2;char buf[32];// 写fd = open("fifo", O_RDONLY);//以只读方式打开管道文件fd2 = open(argv[1], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0777);//以只写方式打开目的文件int n;//循环读取管道中的数据，先放到数组buf中，再从buf中读取放到目的文件中while (n = read(fd, buf, 32))write(fd2, buf, n);close(fd);close(fd2);return 0;
}
一起执行完毕
4> 有名管道和无名管道的区别
| 无名管道 | 有名管道 | |
| 使用场景 | 具有亲缘关系的进程间 | 不相干的进程间也可以使用 |
| 特点 | 半双工通信 固定的读端fd[0]和写端fd[1]，看做一种特殊的文件可以通过文件操作 | 在文件系统中会存在管道文件，数据放在内核空间中，通过文件IO进行操作遵循先进先出，不支持lseek操作 |
| 函数 | pipe(),直接read/write | mkfifo()，先打开open，再读写read/write |
| 读写特性 | 当管道中无数据会度阻塞 当管道中写满时会写阻塞 关闭读端，往管道中写会管道破裂 | 只写方式下打开管道会阻塞，直到另一个进程把读端打开 只读方式下打开管道会阻塞，直到另一个进程把写端打开 可读可写方式下打开管道，如果管道中无数据会读阻塞 |
【2】信号
1》概念
（1）信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟，是一种异步通信方式
（2）信号可以直接进行用户空间进程和内核进程之间的交互，内核进程也可以利用它来通知用户空间进程发生了哪些系统事件
（3）如果该进程当前并未处于执行态，则该信号就又内核保存起来，直到该进程恢复执行再传递给它；如果一个信号被进程设置为阻塞，则该信号的传递被延迟，直到其阻塞被取消时才被传递给进程。
信号的生命周期
2》信号的响应方式
（1）忽略信号：对信号不做任何处理，但是有两个信号不能忽略：即SIGKILL及SIGSTOP.
（2）捕捉信号：定义信号处理函数，当信号发生时，执行相应的处理函数
（3）执行缺省操作：Linux对每种信号都规定了默认操作
3》信号种类
一些比较常用的信号：
SIGINT（2）：中断信号，Ctrl-C 产生，用于中断进程
SIGQUIT（3）：退出信号， Ctrl-\ 产生，用于退出进程并生成核心转储文件
SIGKILL（9）：终止信号，用于强制终止进程。此信号不能被捕获或忽略。
SIGALRM（14）：闹钟信号，当由 alarm() 函数设置的定时器超时时产生。
SIGTERM（15）：终止信号，用于请求终止进程。此信号可以被捕获或忽略。termination
SIGCHLD（17）：子进程状态改变信号，当子进程停止或终止时产生。
SIGCONT（18）：继续执行信号，用于恢复先前停止的进程。
SIGSTOP（19）：停止执行信号，用于强制停止进程。此信号不能被捕获或忽略。
SIGTSTP（20）：键盘停止信号，通常由用户按下 Ctrl-Z 产生，用于请求停止进程。
4》 函数接口
1> 信号发送和挂起
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);
功能：信号发送
参数：pid：指定进程
sig：要发送的信号
返回值：成功 0
失败 -1
int raise(int sig);
功能：进程向自己发送信号
参数：sig：信号
返回值：成功 0
失败 -1
相当于:kill(getpid(), sig);
int pause(void);
功能：用于将调用进程挂起，直到收到被捕获处理的信号为止。
练习：
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{//kill(getpid(), SIGKILL); //给进程发送信号，此例子是给当前进程发送SIGKILL信号// raise(SIGKILL); //给当前进程发送SIGKILL信号，等同于kill(getpid(), SIGKILL); // while (1);pause(); //将进程挂起，作用类似死循环但是不占用CPUreturn 0;
}
2> 定时器 alarm
man 2 alarm
unsigned int alarm(unsigned int seconds)
功能：在进程中设置一个定时器。当定时器指定的时间到了时，它就向进程发送SIGALARM信号。
参数：seconds：定时时间，单位为秒
返回值：如果调用此alarm()前，进程中已经设置了闹钟时间，则返回上一个闹钟时间的剩余时间，否则返回0。
注意：一个进程只能有一个闹钟时间。如果在调用alarm时已设置过闹钟时间，则之前的闹钟时间被新值所代替。
常用操作：取消定时器alarm(0)，返回旧闹钟余下秒数。
系统默认对SIGALRM(闹钟到点后内核发送的信号)信号的响应： 如果不对SIGALRM信号进行捕捉或采取措施，默认情况下，闹钟响铃时刻会退出进程。
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{printf("%d\n", alarm(10)); //设定闹钟5秒后发送闹钟信号sleep(1); //睡眠1秒，此时闹钟还剩9秒printf("%d\n", alarm(3)); //打印剩余的9秒，设新闹钟3秒后发送闹钟信号pause(); //为了不让进程结束，等待SIGALRM信号产生，产生之后结束当前进程return 0;
}
3> 信号处理函数 signal()
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
功能：信号处理函数
参数：signum：要处理的信号
handler：信号处理方式
SIG_IGN：忽略信号 (忽略 ignore）
SIG_DFL：执行默认操作 （默认 default）
handler：捕捉信号 (handler为函数名，可以自定义)
void handler(int sig){} //函数名可以自定义, 参数为要处理的信号
返回值：成功：设置之前的信号处理方式
失败：-1
补充：typedef给数据类型重命名
#include <stdio.h>//给普通数据类型int重命名
typedef int size4; //给指针类型int* 重命名
typedef int *int_p; //给数组类型int [10]重命名
typedef int intArr10[10]; //给函数指针void (*)()重命名
typedef void (*fun_p)(); void fun()
{printf("fun\n");
}int main(int argc, char const *argv[])
{size4 a = 10; //相当于int a=10;int_p p = &a; //相当于int* p=&a;intArr10 arr = {1, 2, 3}; //相当于int arr[10]={1,2,3};fun_p fp = fun; //相当于 void (*fp)()=fun;printf("%d\n", *p);printf("%d\n", arr[0]);fp();return 0;
}
总而言之，定义变量的变量名写在哪里，用typedef给数据类型重命名的新名字就写在哪里。然后使用新名字定义变量的格式直接就可以为：新名字 变量名;
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>void handler(int sig) //参数sig代表要处理的信号
{if (sig == SIGINT)printf("ctrl C: %d\n", sig);else if (sig == SIGTSTP)printf("ctrl Z: %d\n", sig);
}int main(int argc, char const *argv[])
{signal(SIGINT, SIG_IGN); //对SIGINIT信号设置忽略方式处理//signal(SIGINT,SIG_DFL); //对SIGINIT信号设置缺省方式处理，也就是默认操作signal(SIGINT, handler); //对SIGINIT信号设置捕捉方处理，也就是自定义处理方式signal(SIGTSTP, handler);//while (1); //为了让进程不要结束，因为等到信号真的来才能验证，不然进程就结束了pause(); //收到被捕获处理的信号时会结束挂起return 0;
}
【3】共享内存
1》特点
（1）共享内存是一种最为高效的进程间通信方式，进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝。
（2）为了在多个进程间交换信息，内核专门留出了一块内存区，可以由需要访问的进程
将其映射到自己的私有地址空间。进程就可以直接读写这一内存区而不需要进行数据的拷贝，从而大大提高的效率。
（3）由于多个进程共享一段内存，因此也需要依靠某种同步机制，如互斥锁和信号量等
2》步骤
1> 创建key值
2> 创建或打开共享内存
3> 映射共享内存到用户空间
4> 撤销映射
5> 删除共享内存
3》 函数接口
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
功能：创建出来的具有唯一映射关系的一个key值，帮助操作系统用来标识一块共享内存
参数：Pathname：已经存在的可访问文件的名字
Proj_id：一个字符（因为只用低8位）
返回值：成功：key值
失败：-1
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
功能：创建或打开共享内存
参数：key 键值
size 共享内存的大小
shmflg IPC_CREAT|IPC_EXCL|0777
返回值：成功 shmid
出错 -1
注意对错误的处理方式：
如果错误是file exist光打开共享内存不用设IPC_CREAT|IPC_EXCL了，加判断，如：if(errno == EEXIST)
void *shmat(int shmid,const void *shmaddr,int shmflg); //attaches
功能：映射共享内存，即把指定的共享内存映射到进程的地址空间用于访问
参数：shmid 共享内存的id号
shmaddr 一般为NULL，表示由系统自动完成映射
如果不为NULL，那么有用户指定
shmflg：SHM_RDONLY就是对该共享内存只进行读操作
0 可读可写
返回值：成功：完成映射后的地址，
出错：-1（地址）
用法：if((p = (char *)shmat(shmid，NULL,0)) == (char *)-1)
int shmdt(const void *shmaddr); //detaches
功能：取消映射
参数：要取消的地址
返回值：成功0
失败的-1
int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf); //control
功能：(删除共享内存)，对共享内存进行各种操作
参数：shmid 共享内存的id号
cmd
IPC_STAT 获得shmid属性信息，存放在第三参数
IPC_SET 设置shmid属性信息，要设置的属性放在第三参数
IPC_RMID:删除共享内存，此时第三个参数为NULL即可
buf shmid所指向的共享内存的地址,空间被释放以后地址就赋值为null
返回值：成功0
失败-1
用法：shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>int main(int argc, char const *argv[])
{int shmid;key_t key;char *p;key = ftok("shm.c", 'a');if (key < 0){perror("key err");return -1;}printf("key: %#x\n", key);//打开或创建共享内存shmid = shmget(key, 128, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0777); //如果共享内存不存在则创建，存在则返回-1if (shmid <= 0){if (errno == EEXIST) //如果共享内存已存在则，直接打开shmid = shmget(key, 128, 0777); //直接打开已有的共享内存并且获得共享内存idelse{perror("shmget err");return -1;}}printf("shmid: %d\n", shmid);//映射共享内存p = (char *)shmat(shmid, NULL,0);if(p == (char *)-1){perror("shmat err");return -1;}//操作共享内存scanf("%s",p);printf("%s\n", p);//取消映射shmdt(p);//删除共享内存shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);return 0;
}进程间通信：
4》命令
ipcs -m :查看系统中的共享内存
ipcrm -m shmid：删除共享内存
ps: 可能不能直接删除掉还存在进程使用的共享内存。
这时候可以用ps -ef对进程进行查看，kill掉多余的进程后，再使用ipcs查看。
今天的分享就到这里结束啦，如果有哪里写的不好的地方，请指正。
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这篇关于IO进程day06（进程间通信、信号、共享内存）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
