數(shù)據(jù)傳輸：一個進(jìn)程需要將它的數(shù)據(jù)發(fā)送給另一個進(jìn)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(jìn)程想要操作共享數(shù)據(jù)，一個進(jìn)程對共享數(shù)據(jù)的修改，別的進(jìn)程應(yīng)該立刻看到。

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

資源共享：多個進(jìn)程之間共享同樣的資源。為了作到這一點，需要內(nèi)核提供鎖和同步機(jī)制。

進(jìn)程控制：有些進(jìn)程希望完全控制另一個進(jìn)程的執(zhí)行(如Debug進(jìn)程)，此時控制進(jìn)程希望能夠攔截另一個進(jìn)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(jìn)程間通信(IPC)方式包括管道、FIFO、信號。

Linux 中使用較多的進(jìn)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(guān)系進(jìn)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(guān)系進(jìn)程間的通信。

(2)信號(Signal)：信號是在軟件層次上對中斷機(jī)制的一種模擬，它是比較復(fù)雜的通信方式，用于通知接受進(jìn)程有某事件發(fā)生，一個進(jìn)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(quán)限的進(jìn)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(quán)限的進(jìn)程則可以從消息隊列中讀取消息。

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

(5)信號量：主要作為進(jìn)程間以及同一進(jìn)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(jìn)程間通信機(jī)制，它可用于不同機(jī)器之間的進(jìn)程間通信，應(yīng)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(jìn)先出的、無結(jié)構(gòu)的、固定大小的字節(jié)流，它把一個進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)輸出和另一個進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)輸入連接在一起。寫進(jìn)程在管道的尾端寫入數(shù)據(jù)，讀進(jìn)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(jìn)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(jī)制。進(jìn)程試圖讀空管道時，在有數(shù)據(jù)寫入管道前，進(jìn)程將一直阻塞。同樣，管道已經(jīng)滿時，進(jìn)程再試圖寫管道，在其它進(jìn)程從管道中移走數(shù)據(jù)之前，寫進(jìn)程將一直阻塞。

管道主要用于不同進(jìn)程間通信。

創(chuàng)建一個簡單的管道，可以使用系統(tǒng)調(diào)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(diào)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(jìn)程將產(chǎn)生一個新的進(jìn)程。

系統(tǒng)調(diào)用：pipe( );

原型：int pipe( int fd[2] );

返回值：如果系統(tǒng)調(diào)用成功，返回0。如果系統(tǒng)調(diào)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(jìn)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(jìn)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(jìn)程中正確地設(shè)置文件描述符。

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

當(dāng)使用半雙工管道時，任何關(guān)聯(lián)的進(jìn)程都必須共享一個相關(guān)的祖先進(jìn)程。因為管道存在于系統(tǒng)內(nèi)核之中，所以任何不在創(chuàng)建管道的進(jìn)程的祖先進(jìn)程之中的進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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?qū)?。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(guān)閉。其實，popen/pclose和標(biāo)準(zhǔn)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(diào)用wait4( )的狀態(tài)。

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

注意此庫函數(shù)等待管道進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束，然后關(guān)閉文件流。

庫函數(shù)pclose( )在使用popen( )創(chuàng)建的進(jìn)程上執(zhí)行wait4( )函數(shù)。當(dāng)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(shè)備文件而存在的。

n 不同祖先的進(jìn)程之間可以通過管道共享數(shù)據(jù)。

n 當(dāng)共享管道的進(jìn)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(guān)進(jìn)程使用，它們共同的祖先進(jìn)程創(chuàng)建了管道。但是，通過FIFO，不相關(guān)的進(jìn)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(dāng)打開一個FIFO時，非阻塞標(biāo)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)程關(guān)閉了該FIFO，則將為該FIFO的讀進(jìn)程產(chǎn)生一個文件結(jié)束標(biāo)志。

FIFO相關(guān)出錯信息：

n EACCES (無存取權(quán)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(jī)制是Unix系統(tǒng)中最為古老的進(jìn)程之間的通信機(jī)制。它用于在一個或多個進(jìn)程之間傳遞異步信號。

很多條件可以產(chǎn)生一個信號。

n 當(dāng)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(nèi)核。然后內(nèi)核為該條件發(fā)生時正在運(yùn)行的進(jìn)程產(chǎn)生適當(dāng)?shù)男盘?。例如，對?zhí)行一個無效存儲訪問的進(jìn)程產(chǎn)生一個SIGSEGV。

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

n 當(dāng)檢測到某種軟件條件已經(jīng)發(fā)生，并將其通知有關(guān)進(jìn)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(luò)連接上傳來非規(guī)定波特率的數(shù)據(jù))、SIGPIPE (在管道的讀進(jìn)程已終止后一個進(jìn)程寫此管道)，以及SIGALRM(進(jìn)程所設(shè)置的鬧鐘時間已經(jīng)超時)。

內(nèi)核為進(jìn)程生產(chǎn)信號，來響應(yīng)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(jìn)程運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常;

n 其它進(jìn)程：一個進(jìn)程可以向另一個或一組進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jié)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(yùn)算溢出);

n SIGKILL：該信號結(jié)束接收信號的進(jìn)程;

n SIGALRM：進(jìn)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(biāo)識子進(jìn)程停止或結(jié)束的信號;

n SIGSTOP：來自鍵盤(Ctrl-Z)或調(diào)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(jìn)行操作。

(1) 忽略此信號。大多數(shù)信號都可使用這種方式進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(nèi)核在某種信號發(fā)生時，調(diào)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(jìn)行的處理。如果捕捉到SIGCHLD信號，則表示子進(jìn)程已經(jīng)終止，所以此信號的捕捉函數(shù)可以調(diào)用waitpid以取得該子進(jìn)程的進(jìn)程ID以及它的終止?fàn)顟B(tài)。

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

每一個信號都有一個缺省動作，它是當(dāng)進(jìn)程沒有給這個信號指定處理程序時，內(nèi)核對信號的處理。有5種缺省的動作：

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

n 退出(exit)：不產(chǎn)生core文件，直接終止進(jìn)程。

n 忽略(ignore)：忽略該信號。

n 停止(stop)：掛起該進(jìn)程。

n 繼續(xù)(continue)：如果進(jìn)程被掛起，則恢復(fù)進(jìn)程的運(yùn)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(jìn)程，也可以向進(jìn)程發(fā)送其他信號。

與kill函數(shù)不同的是，raise()函數(shù)運(yùn)行向進(jìn)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(jìn)程ID為pid的進(jìn)程。

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

n pid 將信號發(fā)送給其進(jìn)程組ID等于pid絕對值，而且發(fā)送進(jìn)程有許可權(quán)向其發(fā)送信號的所有進(jìn)程。如上所述一樣，“所有進(jìn)程”并不包括系統(tǒng)進(jìn)程集中的進(jìn)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(shè)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(dāng)所設(shè)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(rèn)動作是終止該進(jìn)程。

#i nclude

unsigned int alarm(unsigned int seconds) ;

返回：0或以前設(shè)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(jìn)程只能有一個鬧鐘時間。如果在調(diào)用alarm時，以前已為該進(jìn)程設(shè)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(diào)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(diào)用進(jìn)程掛起直至捕捉到一個信號。

#i nclude

int pause(void);

返回：-1，errno設(shè)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);

}