1. 管道
fd[0]用来读，fd[1]用来写。fd[1]的输出是fd[0]的输入；成功返回0，失败-1
特点：
半双工：同一时间数据只能在一个方向上流动
只能在有共同祖先的两进程之间使用
是进程的资源，不在文件系统
父子进程间用匿名管道：
写一个读端已经关闭的管道，会产生信号 SIGPIPE，如果忽略该信号或者捕捉该信号并从处理程序返回，则write返回 -1，errno设为 EPIPE
写管道或FIFO时，常量 PIPE_BUF 规定了内核的管道缓冲区大小。确定这个量的值：
1.1
一个从父进程到子进程的管道：
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <unistd.h> 4 #include <sys/types.h> 5 #define PIPE_BUF 40 6 int main(int argc,char* argv[]) 7 { 8 int fd[2]; 9 char buf[PIPE_BUF]; 10 pid_t pid; 11 int len; 12 if(pipe(fd)<0) { 13 perror("failed to pipe"); 14 exit(1); 15 } 16 if((pid=fork())<0) { 17 perror("failed to fork"); 18 exit(1); 19 } 20 else if(pid>0) { 21 close(fd[0]); //关闭父进程的读端 22 write(fd[1],"a message from parent process\n",30); 23 exit(0); 24 } 25 else { 26 close(fd[1]); //关闭子进程的写端 27 len = read(fd[0],buf,PIPE_BUF); 28 if(len<0) { 29 perror("process failed when read a pipe"); 30 exit(1); 31 } 32 else { 33 write(STDOUT_FILENO,buf,len); 34 } 35 exit(0); 36 } 37 return 0; 38 }
注意情况：
（1）读管道
①管道中有数据，read返回实际读到的字节数
②管道中无数据： 写端全部关闭，read返回0
写端未全部关闭，read阻塞等待
（2）写管道
①读端全部关闭，进程异常终止或捕捉SIGPIPE信号处理
②读端未全部关闭： 管道满，write阻塞
管道未满，写入数据返回实际写入字节数
1.2 已经封装好的库函数
popen先执行fork再调用exec执行command，返回一个标准I/O文件指针
type：r，文件指针连接到command的标准输出 w，标准输入
2. FIFO命名管道
是一种文件，可使不同进程间通信
命令：mknod、mkfifo也可创建管道
open时没有O_NONBLOCK标志，只读open会阻塞到某个其他进程为写而打开FIFO为止，只写open会阻塞到某个进程为读而打开这个FIFO为止
若指定了O_NONBLOCK标志，则只读open立即返回，若没有进程为读打开FIFO，则只写open会返回-1，设置errno为ENXIO
FIFO先入先出，通过网络完成进程通信，依赖底层网络接口（DNS服务、TCP/IP协议等），
------------------------------------------------------------------------IPC对象---------------------------------------------------------------
IPC对象：
IPC对象相关结构：<sys/ipc.h>
1 struct ipc_perm {
2 key_t key;
3 uid_t uid; //所有者有效UID
4 gid_t gid; //所有者有效GID
5 uid_t cuid; //创建者有效UID
6 gid_t cgid; //创建者有效GID
7 unsigned short mode; //权限
8 unsigned short seq; //sequence number
9 };
IPC对象的问题：
①IPC不适用通用的文件系统，不能用标准I/O操作；不使用文件描述符，不能使用多路I/O监控函数select、poll操作
②缺少资源回收机制，IPC对象使用过程中不保存引用计数，当进程创建了IPC对象后退出时，则只有 某一个进程读出消息或IPC所有者或超级用户删除了这个对象，IPC对象才会被释放或删除
查看IPC对象的命令：ipcs -a
IPC对象生成键值：
3. 消息队列 SYSTEM-V
在内核中的一个消息链表，每个消息队列由内部的消息队列标识符标识
IPC对象还有一个外部键值，key_t类型，键值到标识符的转换由内核转换
查看消息队列的命令：ipcs -q
相关的结构：<linux/msg.h>
1 struct msqid_ds 2 { 3 struct_ipc_perm msg_perm; //是一个ipc_perm的结构，保存了消息队列的存取权限，以及队列的用户ID、组ID等信息 4 struct_msg *msg_first; //指向队列中的第一条消息 5 struct_msg *msg_last; //指向队列中的最后一条消息 6 __kernel_t time_t msg_stime; //向消息队列发送最后一条信息的时间 7 __kernel_t time_t msg_rtime; //从消息队列取最后一条信息的时间 8 __kernel_t time_t msg_ctime; //最后一次变更消息队列的时间 9 unsigned long msg_lcbytes; 10 unsigned long msg_lqbytes; 11 unsigned short msg_cbytes; //消息队列中所有消息占的字节数 12 unsigned short msg_qnum; //消息队列中消息的数目 13 unsigned short msg_qbytes; //消息队列的最大字节数 14 __kernel_ipc_pid_t msg_lspid; //向消息队列发送最后一条消息的进程ID 15 __kernel_ipc_pid_t msg_lrpid; //从消息队列读取最后一条信息的进程ID 16 };
创建新的消息队列或访问一个已存在的消息队列需要先获得key值
（1）打开消息队列或创建一个新队列
返回非负队列ID
msgflg参数：IPC_CREAT，如果内核中不存在键值与key相等的消息队列，则新建消息队列；若存在，则返回该消息队列的描述符
IPC_EXCL，和IPC_CREAT一起使用，如果对应键值的消息队列已经存在则出错，返回-1
可或上权限，如 IPC_CREAT | 0666
（2）消息队列操作
cmd指定对msgid指定的队列要执行的命令：
（3）将数据写到消息队列
msgp指向msgbuf结构：
struct msgbuf { long mtype; /消息类型 char mbuf[];//不能以NULL结尾 };
（4）从消息队列取数据
msgtyp： 0，返回队列中第一个消息
大于0，返回类型为msgtyp的第一个消息
小于0，返回队列中消息类型值小于等于msgtyp绝对值的消息，取类型值最小的
（5）简单实例
发送消息进程：
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <unistd.h> 4 #include <sys/types.h> 5 #include <sys/msg.h> 6 #include <sys/ipc.h> 7 #include <string.h> 8 struct msg { 9 long msg_types; 10 char msg_buf[511]; 11 }; 12 int main(int argc,char* argv[]) 13 { 14 int qid; 15 int pid; 16 int len; 17 struct msg pmsg; 18 pmsg.msg_types = getpid(); //消息类型为当前进程的PID 19 sprintf(pmsg.msg_buf,"this is massage from:%d\n\0",getpid()); 20 len = strlen(pmsg.msg_buf); 21 22 if((qid=msgget(IPC_PRIVATE,IPC_CREAT|0666))<0) { 23 //创建一个消息队列 24 perror("msgget error"); 25 exit(1); 26 } 27 if((msgsnd(qid,&pmsg,len,0))<0) { 28 //向消息队列中发送消息 29 perror("msgsnd error"); 30 exit(1); 31 } 32 printf("successfully send a message to queue:%d\n",qid); 33 return 0; 34 }
收取消息进程：
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <unistd.h> 4 #include <sys/types.h> 5 #include <sys/msg.h> 6 #include <sys/ipc.h> 7 struct msg { 8 long msg_types; 9 char msg_buf[511]; 10 }; 11 int main(int argc,char* argv[]) 12 { 13 struct msg pmsg; 14 int qid; 15 int len; 16 qid = atoi(argv[1]); 17 len = msgrcv(qid,&pmsg,1024,0,0); //获得qid对应消息队列的第一条消息 18 if(len>0) { 19 pmsg.msg_buf[len] = ‘\0‘; 20 printf("reading queue id %d\n",qid); 21 printf("message type:%ld\n",pmsg.msg_types); 22 printf("message length:%d\n",len); 23 printf("message text:%s\n",pmsg.msg_buf); 24 } 25 else if(len==0) { 26 printf("no message from queue %d\n",qid); 27 } 28 else { 29 perror("msgrcv error"); 30 exit(1); 31 } 32 system("ipcs -q"); 33 return 0; 34 }
收取消息进程需要指导发送消息所在消息队列的qid
4. 信号量 SYSTEM-V
4.1
信号量是一个计数器，通过控制其他通信资源实现进程间通信。
当进程不再使用一个信号量控制的共享资源时，信号量值增1（增减为原子操作，信号量的作用是维护资源的互斥或多进程的同步访问），在信号量的创建以及初始化时，不能保证操作是原子
4.2
信号量的操作：P(sv)、V(sv)
P(sv):若sv值大于0，则减1；若值为0，则挂起进程。P操作就是试图获得信号量。
S(sv):如果有其他进程因等待sv被挂起，则让他恢复运行；如果没有，则给sv加1。V操作就是释放信号量。
4.3
信号量集相关的结构：
1 struct semid_ds { 2 struct ipc_perm sem_perm; //ipc都有的结构 3 unsigned long sem_nsems; //信号量集中信号量数 4 time_t sem_otime; //最后一次执行semop的时间 5 time_t sem_ctime; //最后一次修改时间 6 ... 7 };
1 struct { 2 unsigned short semval; //GETALL返回，同时可访问的进程数 3 pid_t sempid; 4 unsigned short semncnt; //GETNCNT 5 unsigned short semzcnt; 6 ... 7 };
（1）获取信号量集合
成功返回信号量集标识符，失败-1
参数：
nsems，指定有要创建的信号量集包含的信号量个数。如果只是打开信号量，把nsems设为0
semflg：①0：取信号量集标识符，若不存在则报错
②IPC_CREAT：semflg & IPC_CREAT为真，若内核中不存在key相关的信号量集，则新建；若存在，则返回此信号量集的标识符
③IPC_CREAT | IPC_EXCL：若不存在key相关信号量集则新建；若存在，则报错
semflg低9位是权限位，可或上权限来设置信号量集的存取权限（IPC_CREAT | 0666）
错误码：errno
EACCES：已有key关联的信号量集，但进程没有权限，且没有 CAP_IPC_OWNER capability
EEXIST：semflg为IPC_CREATE、IPC_EXCL，但已有一个key关联的信号量集
EINVAL：nsems小于0或大于一个信号量集中信号量个数限制 SEMMSL
已有key关联的信号量集存在，但nsems大于该信号量集中信号量数目
ENOENT：key关联的信号量集不存在，且semflg没有IPC_CREAT
ENOMEM：没有足够内存创建新的信号量集
ENOSPC：系统已达最大信号量集数SEMMNI、或已达系统最大信号量数SEMMNS
创建新信号量集时会初始化 semid_ds 结构：
struct ipc_perm sem_perm.cuid、sem_perm.uid设置为进程有效ID
struct ipc_perm sem_perm.cgid、sem_perm.gid设置为进程有效组ID
semflg的低9位设置到sem_perm.mode的低9位
nsems设置到sem_nsems
sem_otime设为0
sem_ctime设为当前时间
（2）信号量集控制、设置
作用：根据cmd操作创建成功的semid
参数：
semid：信号量集标识符
semnum：信号量集中第几个信号量/信号灯，SETALL时无意义
cmd参数：
IPC_STAT：取semid关联的semid_ds结构存到arg.buf里，忽略semnum，进程需有信号量集的读权限
IPC_SET：写arg.buf指定的semid_ds结构里的数据到此信号量集在内核里的semid_ds结构里去。更新sem_ctime、sem_perm.uid、sem_perm.gid、sem_perm.mode低9位，调用此函数的进程的有效UID需等于此信号量集的sem_perm.uid、sem_perm.cuid，或者是有超级权限的进程，忽略semnum参数
IPC_RMID：删除信号量集，唤醒因semop阻塞的进程
IPC_INFO：返回sem_info结构数据到arg.buf linux专有
SEM_STAT：返回semid_ds结构(类似IPC_STAT)，linux专有，入参semid不是信号量集标识符，而是一个包含了所有信号量集信息的内核内部数组下标
GETALL：有读信号量集权限进程，返回 信号量集的所有信号量的semval到arg.array
GETNCNT：返回信号量集中第 semnum个信号量 semncnt的值（）
GETZCNT：返回第semnum个信号量的semzcnt值
GETPID：第semnum个信号量sempid值（最后一个对这个信号量调用semop的进程PID）
GETVAL:返回第semnum个信号量的 semval 值
SETALL：通过arg.array设置该信号量集中所有信号量的semval值，更新sem_ctime，
SETVAL：
第四个参数：union semun arg
1 union semun { 2 int val; //搭配 SETVAL 3 struct semid_ds *buf; //搭配 IPC_STAT、IPC_SET 4 unsigned shrot *array; //搭配 GET_ALL、SETALL
5 struct seminfo *__buf; //搭配IPC_INFO（linux有）
6 };
错误码：errno
EACCES：无权限
EFAULT：arg.bug或arg.array所指地址不可访问
EIDRM：信号量已被删除
EINVAL：参数无效
EPERM：cmd是 IPC_SET、IPC_RMID，但进程UID不是信号量集的sem_perm.cuid、sem_perm.uid，且无 CAP_SYS_ADMIN权限
ERANGE：
（3）信号量集操作（P、V操作）
nsops：sops指向数组的元素个数，要操作的信号量个数 sops：结构体数组首地址
struct sembuf结构：
1 struct sembuf { 2 unsigned short sem_num; //信号量集中的信号量编号 3 short sem_op; //正值，对应进程释放的占用资源数，这个值会加到信号量的semval上 4 short sem_flg; //IPC_NOWAIT、SEM_UNDO(进程崩溃时根据UNDO记录恢复信号量的计数值) 5 };
（4）
semget创建一个有16个信号量的信号量集，semctl设置每个信号量的值为1，用semop试图占用资源：
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <string.h> 4 #include <unistd.h> 5 #include <sys/types.h> 6 #include <sys/ipc.h> 7 #include <sys/sem.h> 8 9 #define NSEMS 16 10 int main(int argc,char* argv[]) 11 { 12 int semid; 13 unsigned short semun_array[NSEMS]; 14 int i = 0; 15 16 semid = semget(IPC_PRIVATE,NSEMS,0600); 17 if(semid<0) { 18 perror("semget error"); 19 exit(1); 20 } 21 for(i=0;i<NSEMS;++i) { 22 semun_array[i] = 1; 23 } 24 if(semctl(semid,0,SETALL,&semun_array) != 0) { 25 perror("semctl error"); 26 exit(1); 27 } 28 printf("semid:%d\n",semid); 29 struct sembuf sb; 30 sb.sem_num = 0; //操作第0个信号量 31 sb.sem_op = -1; //占用一个资源 32 sb.sem_flg = SEM_UNDO; 33 if((semop(semid,&sb,1))<0) { 34 perror("semop error"); 35 exit(1); 36 } 37 system("ipcs -s"); 38 return 0; 39 }
5. 共享内存 SYSTEM-V
在多个进程之间共享一定的存储空间，不需要在客户进程和服务器进程之间复制，速度快。
共享内存只提供数据传送，实现同步、互斥还需要其他工具：记录锁、互斥量等
共享内存相关结构体：<sys/shm.h>
1 struct shmid_ds { 2 struct ipc_perm shm_perm; 3 size_t shm_segsz; //段大小，单位字节 4 pid_t shm_lpid; //最后执行shmat、shmdt的进程PID 5 pid_t shm_cpid; //创建者PID 6 shmatt_t shm_nattch; //number of current attaches，连接到此内存的进程数 7 time_t shm_atime; //last-attach time，建立连接时间 8 time_t shm_dtime; //last-detach time，断开连接时间 9 time_t shm_ctime; //最后修改时间 10 11 };
（1）获取/创建共享内存
shmflg：
IPC_CREAT：
IPC_EXCL：
SHM_HUGETLB：(linux2.6)
SHM_HUGE_2MB,SHM_HUGE_1GB:(linux3.8)
SHM_NORESERVE:（linux2.6.15）
错误码：
（2）
cmd：
IPC_STAT：取shmid指向内存共享段的shmid_ds结构
IPC_SET：更新shm_perm.uid、shm_perm.gid、shm_perm.mode
IPC_RMID:标记删除该段（当最后一个进程detach后，shm_nattch变成0才真正删除）。被标记删除时，shm_perm.mode的相应位SHM_DEST设置
SHM_LOCK：锁定段，shm_perm.mode 的SHM_LOCKED被设置。超级管理员请求
SHM_UNLOCK：解锁，超级管理员请求
（3）将共享内存连接到本进程空间、断开连接
成功，返回实际地址，shmid_Ds.shm_nattch加1；失败-1
shmaddr：
0，内核找一个可用的位置
非0，shmflg没指定SHM_RND：段连接到shmaddr指定的地址上
非0，shmflg指定了SHM_RND：地址取整
shmflg：
SHM_RDONLY：只读连接此段；不指定，则读写连接
shmdt：进程与该共享内存分离，shmid_ds.nattch减1
6. UNIX域套接字
本机多个进程间通信，仅复制数据而不执行协议处理（无需添加、删除报头、计算校验和、确认报文等），提供流和数据报两种接口
-----------------------------------------POSIX IPC----------------------------------------------------
原文：https://www.cnblogs.com/taoXiang/p/12453257.html