數(shù)據(jù)傳輸：一個進程需要將它的數(shù)據(jù)發(fā)送給另一個進程，發(fā)送的數(shù)據(jù)量在一個字節(jié)到幾兆字節(jié)之間。

共享數(shù)據(jù)：多個進程想要操作共享數(shù)據(jù)，一個進程對共享數(shù)據(jù)的修改，別的進程應該立刻看到。

通知事件：一個進程需要向另一個或一組進程發(fā)送消息，通知它(它們)發(fā)生了某種事件(如進程終止時要通知父進程)。

資源共享：多個進程之間共享同樣的資源。為了作到這一點，需要內核提供鎖和同步機制。

進程控制：有些進程希望完全控制另一個進程的執(zhí)行(如Debug進程)，此時控制進程希望能夠攔截另一個進程的所有陷入和異常，并能夠及時知道它的狀態(tài)改變。

UNIX 進程間通信(IPC)方式包括管道、FIFO、信號。

Linux 中使用較多的進程間通信方式主要有以下幾種。

(1)管道(Pipe)及有名管道(named pipe)：管道可用于具有親緣關系進程間的通信，有名管道，除具有管道所具有的功能外，它還允許無親緣關系進程間的通信。

(2)信號(Signal)：信號是在軟件層次上對中斷機制的一種模擬，它是比較復雜的通信方式，用于通知接受進程有某事件發(fā)生，一個進程收到一個信號與處理器收到一個中斷請求效果上可以說是一樣的。

(3)消息隊列：消息隊列是消息的鏈接表，包括Posix 消息隊列systemV 消息隊列。它克服了前兩種通信方式中信息量有限的缺點，具有寫權限的進程可以向消息隊列中按照一定的規(guī)則添加新消息;對消息隊列有讀權限的進程則可以從消息隊列中讀取消息。

(4)共享內存：可以說這是最有用的進程間通信方式。它使得多個進程可以訪問同一塊內存空間，不同進程可以及時看到對方進程中對共享內存中數(shù)據(jù)的更新。這種通信方式需要依靠某種同步機制，如互斥鎖和信號量等。

(5)信號量：主要作為進程間以及同一進程不同線程之間的同步手段。

(6)套接字(Socket)：這是一種更為一般的進程間通信機制，它可用于不同機器之間的進程間通信，應用非常廣泛。

[b]管道通信[/b]

普通的Linux shell都允許重定向，而重定向使用的就是管道。例如：

ps | grep vsftpd

管道是單向的、先進先出的、無結構的、固定大小的字節(jié)流，它把一個進程的標準輸出和另一個進程的標準輸入連接在一起。寫進程在管道的尾端寫入數(shù)據(jù)，讀進程在管道的首端讀出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀出后將從管道中移走，其它讀進程都不能再讀到這些數(shù)據(jù)。管道提供了簡單的流控制機制。進程試圖讀空管道時，在有數(shù)據(jù)寫入管道前，進程將一直阻塞。同樣，管道已經(jīng)滿時，進程再試圖寫管道，在其它進程從管道中移走數(shù)據(jù)之前，寫進程將一直阻塞。

管道主要用于不同進程間通信。

創(chuàng)建一個簡單的管道，可以使用系統(tǒng)調用pipe( )。它接受一個參數(shù)，也就是一個包括兩個整數(shù)的數(shù)組。如果系統(tǒng)調用成功，此數(shù)組將包括管道使用的兩個文件描述符。創(chuàng)建一個管道之后，一般情況下進程將產(chǎn)生一個新的進程。

系統(tǒng)調用：pipe( );

原型：int pipe( int fd[2] );

返回值：如果系統(tǒng)調用成功，返回0。如果系統(tǒng)調用失敗返回- 1：

errno = EMFILE (沒有空閑的文件描述符)

EMFILE (系統(tǒng)文件表已滿)

EFAULT (fd數(shù)組無效)

注意：fd[0] 用于讀取管道，fd[1] 用于寫入管道。

#i nclude

#i nclude

#i nclude

#i nclude

int main()

{

int pipe_fd[2];

if(pipe(pipe_fd)0)

{

printf("pipe create error\n");

return -1;

}

else

printf("pipe create success\n");

close(pipe_fd[0]);

close(pipe_fd[1]);

}

管道主要用于不同進程間通信。實際上，通常先創(chuàng)建一個管道，再通過fork函數(shù)創(chuàng)建一個子進程。

可以通過打開兩個管道來創(chuàng)建一個雙向的管道。但需要在子進程中正確地設置文件描述符。

必須在系統(tǒng)調用fork( )中調用pipe( )，否則子進程將不會繼承文件描述符。

當使用半雙工管道時，任何關聯(lián)的進程都必須共享一個相關的祖先進程。因為管道存在于系統(tǒng)內核之中，所以任何不在創(chuàng)建管道的進程的祖先進程之中的進程都將無法尋址它。而在命名管道中卻不是這樣。

與linux中文件操作有文件流的標準I/O一樣，管道的操作也支持基于文件流的模式。接口函數(shù)如下

庫函數(shù)：popen();

原型： FILE *popen ( char *command, char *type);

返回值：如果成功，返回一個新的文件流。如果無法創(chuàng)建進程或者管道，返回NULL。

管道中數(shù)據(jù)流的方向是由第二個參數(shù)type控制的。此參數(shù)可以是r或者w，分別代表讀或寫。但不能同時為讀和寫。在Linux系統(tǒng)下，管道將會以參數(shù)type中第一個字符代表的方式打開。所以，如果你在參數(shù)type中寫入rw，管道將會以讀的方式打開。

使用popen()創(chuàng)建的管道必須使用pclose( )關閉。其實，popen/pclose和標準文件輸入/輸出流中的fopen() / fclose()十分相似。

庫函數(shù)： pclose();

原型： int pclose( FILE *stream );

返回值： 返回系統(tǒng)調用wait4( )的狀態(tài)。

如果stream無效，或者系統(tǒng)調用wait4( )失敗，則返回 -1。

注意此庫函數(shù)等待管道進程運行結束，然后關閉文件流。

庫函數(shù)pclose( )在使用popen( )創(chuàng)建的進程上執(zhí)行wait4( )函數(shù)。當它返回時，它將破壞管道和文件系統(tǒng)。

#i nclude

#i nclude

#i nclude

#i nclude

#define BUFSIZE 1024

int main()

{

FILE *fp;

char *cmd = "ps -ef";

char buf[BUFSIZE];

buf[BUFSIZE] = '\0';

if((fp=popen(cmd,"r"))==NULL)

perror("popen");

while((fgets(buf,BUFSIZE,fp))!=NULL)

printf("%s",buf);[!--empirenews.page--]

pclose(fp);

exit(0);

}

[b]命名管道([/b][b]FIFO[/b][b])[/b]

命名管道和一般的管道基本相同，但也有一些顯著的不同：

n 命名管道是在文件系統(tǒng)中作為一個特殊的設備文件而存在的。

n 不同祖先的進程之間可以通過管道共享數(shù)據(jù)。

n 當共享管道的進程執(zhí)行完所有的I / O操作以后，命名管道將繼續(xù)保存在文件系統(tǒng)中以便以后使用。

管道只能由相關進程使用，它們共同的祖先進程創(chuàng)建了管道。但是，通過FIFO，不相關的進程也能交換數(shù)據(jù)。

命名管道創(chuàng)建

#i nclude

#i nclude

int mkfifo(const char * pathname,

mode_t mode) ;

返回：若成功則為0，若出錯則為- 1

一旦已經(jīng)用mkfifo創(chuàng)建了一個FIFO，就可用open打開它。確實，一般的文件I / O函數(shù)(close、read、write、unlink等)都可用于FIFO。

當打開一個FIFO時，非阻塞標志(O_NONBLOCK)產(chǎn)生下列影響：

(1) 在一般情況中(沒有說明O_NONBLOCK)，只讀打開要阻塞到某個其他進程為寫打開此FIFO。類似，為寫而打開一個FIFO要阻塞到某個其他進程為讀而打開它。

(2) 如果指定了O_NONBLOCK，則只讀打開立即返回。但是，如果沒有進程已經(jīng)為讀而打開一個FIFO，那么只寫打開將出錯返回，其errno是ENXIO。

類似于管道，若寫一個尚無進程為讀而打開的FIFO，則產(chǎn)生信號SIGPIPE。若某個FIFO的最后一個寫進程關閉了該FIFO，則將為該FIFO的讀進程產(chǎn)生一個文件結束標志。

FIFO相關出錯信息：

n EACCES (無存取權限)

n EEXIST (指定文件不存在)

n ENAMETOOLONG (路徑名太長)

n ENOENT (包含的目錄不存在)

n ENOSPC (文件系統(tǒng)剩余空間不足)

n ENOTDIR (文件路徑無效)

n EROFS (指定的文件存在于只讀文件系統(tǒng)中)

[b]信號通信[/b]

信號是軟件中斷。信號(signal)機制是Unix系統(tǒng)中最為古老的進程之間的通信機制。它用于在一個或多個進程之間傳遞異步信號。

很多條件可以產(chǎn)生一個信號。

n 當用戶按某些終端鍵時，產(chǎn)生信號。在終端上按DELETE鍵通常產(chǎn)生中斷信號(SIGINT)。這是停止一個已失去控制程序的方法。(第11章將說明此信號可被映射為終端上的任一字符。)

n 硬件異常產(chǎn)生信號：除數(shù)為0、無效的存儲訪問等等。這些條件通常由硬件檢測到，并將其通知內核。然后內核為該條件發(fā)生時正在運行的進程產(chǎn)生適當?shù)男盘?。例如，對?zhí)行一個無效存儲訪問的進程產(chǎn)生一個SIGSEGV。

n 進程用kill( 2 )函數(shù)可將信號發(fā)送給另一個進程或進程組。自然，有些限制：接收信號進程和發(fā)送信號進程的所有者必須相同，或發(fā)送信號進程的所有者必須是超級用戶。

n 用戶可用kill( 1 )命令將信號發(fā)送給其他進程。此程序是kill函數(shù)的界面。常用此命令終止一個失控的后臺進程。

n 當檢測到某種軟件條件已經(jīng)發(fā)生，并將其通知有關進程時也產(chǎn)生信號。這里并不是指硬件產(chǎn)生條件(如被0除)，而是軟件條件。例如SIGURG (在網(wǎng)絡連接上傳來非規(guī)定波特率的數(shù)據(jù))、SIGPIPE (在管道的讀進程已終止后一個進程寫此管道)，以及SIGALRM(進程所設置的鬧鐘時間已經(jīng)超時)。

內核為進程生產(chǎn)信號，來響應不同的事件，這些事件就是信號源。主要的信號源如下：

n 異常：進程運行過程中出現(xiàn)異常;

n 其它進程：一個進程可以向另一個或一組進程發(fā)送信號;

n 終端中斷：Ctrl-C，Ctrl-\等;

n 作業(yè)控制：前臺、后臺進程的管理;

n 分配額：CPU超時或文件大小突破限制;

n 通知：通知進程某事件發(fā)生，如I/O就緒等;

n 報警：計時器到期。

下面是幾個常見的信號。

n SIGHUP： 從終端上發(fā)出的結束信號;

n SIGINT： 來自鍵盤的中斷信號(Ctrl-C);

n SIGQUIT：來自鍵盤的退出信號(Ctrl-\);

n SIGFPE： 浮點異常信號(例如浮點運算溢出);

n SIGKILL：該信號結束接收信號的進程;

n SIGALRM：進程的定時器到期時，發(fā)送該信號;

n SIGTERM：kill 命令發(fā)出的信號;

n SIGCHLD：標識子進程停止或結束的信號;

n SIGSTOP：來自鍵盤(Ctrl-Z)或調試程序的停止執(zhí)行信號

可以要求系統(tǒng)在某個信號出現(xiàn)時按照下列三種方式中的一種進行操作。

(1) 忽略此信號。大多數(shù)信號都可使用這種方式進行處理，但有兩種信號卻決不能被忽略。它們是：SIGKILL和SIGSTOP。這兩種信號不能被忽略的原因是：它們向超級用戶提供一種使進程終止或停止的可靠方法。另外，如果忽略某些由硬件異常產(chǎn)生的信號(例如非法存儲訪問或除以0)，則進程的行為是未定義的。

(2) 捕捉信號。為了做到這一點要通知內核在某種信號發(fā)生時，調用一個用戶函數(shù)。在用戶函數(shù)中，可執(zhí)行用戶希望對這種事件進行的處理。如果捕捉到SIGCHLD信號，則表示子進程已經(jīng)終止，所以此信號的捕捉函數(shù)可以調用waitpid以取得該子進程的進程ID以及它的終止狀態(tài)。

(3) 執(zhí)行系統(tǒng)默認動作。對大多數(shù)信號的系統(tǒng)默認動作是終止該進程。

每一個信號都有一個缺省動作，它是當進程沒有給這個信號指定處理程序時，內核對信號的處理。有5種缺省的動作：

n 異常終止(abort)：在進程的當前目錄下，把進程的地址空間內容、寄存器內容保存到一個叫做core的文件中，而后終止進程。

n 退出(exit)：不產(chǎn)生core文件，直接終止進程。

n 忽略(ignore)：忽略該信號。

n 停止(stop)：掛起該進程。

n 繼續(xù)(continue)：如果進程被掛起，則恢復進程的運行。否則，忽略信號。

[b]信號發(fā)送與捕捉[/b]

kill()和raise()

kill()不僅可以中止進程，也可以向進程發(fā)送其他信號。

與kill函數(shù)不同的是，raise()函數(shù)運行向進程自身發(fā)送信號。

#i nclude

#i nclude

int kill(pid_t pid, int signo) ;

int raise(int signo) ;

兩個函數(shù)返回：若成功則為0，若出錯則為-1。

kill的pid參數(shù)有四種不同的情況：

[!--empirenews.page--]

n pid>0 將信號發(fā)送給進程ID為pid的進程。

n pid == 0 將信號發(fā)送給其進程組I D等于發(fā)送進程的進程組ID，而且發(fā)送進程有許可權向其發(fā)送信號的所有進程。

n pid 將信號發(fā)送給其進程組ID等于pid絕對值，而且發(fā)送進程有許可權向其發(fā)送信號的所有進程。如上所述一樣，“所有進程”并不包括系統(tǒng)進程集中的進程。

n pid ==-1 POSIX.1未定義此種情況。

#i nclude

#i nclude

#i nclude

#i nclude

#i nclude

int main()

{

pid_t pid;

int ret;

if((pid=fork())0){

perror("fork");

exit(1);

}

if(pid == 0){

raise(SIGSTOP);

exit(0);

}

else{

printf("pid=%d\n",pid);

if((waitpid(pid,NULL,WNOHANG))==0){

if((ret=kill(pid,SIGKILL))==0)

printf("kill %d\n",pid);

else{

perror("kill");

}

}

}

}

使用alarm函數(shù)可以設置一個時間值(鬧鐘時間)，在將來的某個時刻該時間值會被超過。當所設置的時間值被超過后，產(chǎn)生SIGALRM信號。如果不忽略或不捕捉此信號，則其默認動作是終止該進程。

#i nclude

unsigned int alarm(unsigned int seconds) ;

返回：0或以前設置的鬧鐘時間的余留秒數(shù)

參數(shù)seconds的值是秒數(shù)，經(jīng)過了指定的seconds秒后會產(chǎn)生信號SIGALRM。

每個進程只能有一個鬧鐘時間。如果在調用alarm時，以前已為該進程設置過鬧鐘時間，而且它還沒有超時，則該鬧鐘時間的余留值作為本次alarm函數(shù)調用的值返回。以前登記的鬧鐘時間則被新值代換。

如果有以前登記的尚未超過的鬧鐘時間，而且seconds值是0，則取消以前的鬧鐘時間，其余留值仍作為函數(shù)的返回值。

pause函數(shù)使調用進程掛起直至捕捉到一個信號。

#i nclude

int pause(void);

返回：-1，errno設置為EINTR

只有執(zhí)行了一個信號處理程序并從其返回時，pause才返回。

#i nclude

#i nclude

#i nclude

int main()

{

int ret;

ret=alarm(5);

pause();

printf("I have been waken up.\n",ret);

}