管道

管道可以用来在两个进程之间传递数据，如： ps -ef | grep “bash”, 其中‘|’就是管道。
其作用就是将 ps 命令的结果写入管道文件，然后 grep 再从管道文件中读出该数据进行过滤。

1. 有名管道
有名管道可以在任意两个进程之间通信
有名管道的创建：

• 命令创建： mkfifo FIFO
• 系统调用创建

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

 //filename 是管道名 mode 是创建的文件访问权限
 int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);

2. 无名管道

无名管道主要应用于父子进程间的通信。
无名管道的创建：

#include <unistd.h>
/*
pipe()成功返回 0，失败返回-1
fds[0]是管道读端的描述符
fds[1]是管道写端的描述符
*/
int pipe(int fds[2]);
无名管道代码演示：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>

int main()
{
int fd[2];

int res = pipe(fd);
assert( res != -1 );

pid_t pid = fork();
assert( pid != -1 );

if( pid == 0 )
{
char buff[128] = {0};
read(fd[0], buff, 127);
printf("child read: %s\n", buff);
}
else
{
write(fd[1], "hello", 5);
}

close(fd[0]);
close(fd[1]);
exit(0);
}

3. 管道的特点

• 无论有名还是无名，写入管道的数据都在内存中
• 管道是一种半双工通信方式（通信方式有单工、半双工、全双工）
• 有名和无名管道的区别：有名可以在任意进程间使用，而无名主要在父子进程间

管道的实现：

信号量

信号量描述：

信号量是一个特殊的变量，一般取正数值。它的值代表允许访问的资源数目，获取资源时，需要对信号量的值进行原子减一，该操作被称为 P 操作。当信号量值为 0 时，代表没有资源可用，P 操作会阻塞。释放资源时，需要对信号量的值进行原子加一，该操作被称为 V操作。信号量主要用来同步进程。信号量的值如果只取 0,1，将其称为二值信号量。如果信号量的值大于 1，则称之为计数信号量。

临界资源：同一时刻，只允许被一个进程或线程访问的资源

临界区：访问临界资源的代码段

信号量使用：
操作信号量的接口介绍：

#include <sys/sem.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
/*
semget()创建或者获取已存在的信号量
semget()成功返回信号量的 ID， 失败返回-1
key：两个进程使用相同的 key 值，就可以使用同一个信号量
nsems：内核维护的是一个信号量集，在新建信号量时，其指定信号量集中信号
量的个数
semflg 可选： IPC_CREAT IPC_EXCL
*/
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

/*
semop()对信号量进行改变，做 P 操作或者 V 操作
semop()成功返回 0，失败返回-1
struct sembuf
{
unsigned short sem_num; //指定信号量集中的信号量下标
short sem_op; //其值为-1，代表 P 操作，其值为 1，代表 V 操作
short sem_flg; //SEM_UNDO
};
*/
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);

/*
semctl()控制信号量
semctl()成功返回 0，失败返回-1
cmd 选项： SETVAL IPC_RMID

union semun
{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
struct seminfo *_buf;
};
*/
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

ipcs/ipcrm 介绍
ipcs 可以查看消息队列、共享内存、信号量的使用情况，使用 ipcrm 可以进行删除操作。

共享内存

共享内存原理
共享内存为多个进程之间共享和传递数据提供了一种有效的方式。共享内存是先在物理内存上申请一块空间，多个进程可以将其映射到自己的虚拟地址空间中。所有进程都可以访问共享内存中的地址，就好像它们是由 malloc 分配的一样。如果某个进程向共享内存写入了数据，所做的改动将立刻被可以访问同一段共享内存的任何其他进程看到。由于它并未提供同步机制，所以我们通常需要用其他的机制来同步对共享内存的访问。

共享内存示例代码

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>

/*
shmget()用于创建或者获取共享内存
shmget()成功返回共享内存的 ID， 失败返回-1
key： 不同的进程使用相同的 key 值可以获取到同一个共享内存
size： 创建共享内存时，指定要申请的共享内存空间大小
shmflg: IPC_CREAT IPC_EXCL
*/
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

/*
shmat()将申请的共享内存的物理内存映射到当前进程的虚拟地址空间上
shmat()成功返回返回共享内存的首地址，失败返回 NULL
shmaddr：一般给 NULL，由系统自动选择映射的虚拟地址空间
shmflg： 一般给 0， 可以给 SHM_RDONLY 为只读模式，其他的为读写
*/
void* shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

/*
shmdt()断开当前进程的 shmaddr 指向的共享内存映射
shmdt()成功返回 0， 失败返回-1
*/
int shmdt(const void *shmaddr);

/*
shmctl()控制共享内存
shmctl()成功返回 0，失败返回-1
cmd： IPC_RMID
*/
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

消息队列

消息队列原理

消息队列示例代码

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

/*
msgget()创建或者获取一个消息队列
msgget()成功返回消息队列 ID，失败返回-1
msqflg： IPC_CREAT
*/
int msgget(key_t key, int msqflg); 

/*
msgsnd()发送一条消息，消息结构为：
struct msgbuf
{
long mtype; // 消息类型， 必须大于 0
char mtext[1]; // 消息数据
};
msgsnd()成功返回 0， 失败返回-1
msqsz： 指定 mtext 中有效数据的长度
msqflg：一般设置为 0 可以设置 IPC_NOWAIT
*/
int msgsnd(int msqid, const void *msqp, size_t msqsz, int msqflg); 

/*
msgrcv()接收一条消息
msgrcv()成功返回 mtext 中接收到的数据长度， 失败返回-1
msqtyp： 指定接收的消息类型，类型可以为 0
msqflg： 一般设置为 0 可以设置 IPC_NOWAIT
*/
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msqsz, long msqtyp, int msqflg); 

/*
msgctl()控制消息队列
msgctl()成功返回 0，失败返回-1
cmd： IPC_RMID
*/
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);