1、管道
我們了解到進程是獨立的，但有時進程間需要進行通信。那么，如何實現(xiàn)進程間的通信呢？
進程間通過文件的內(nèi)核緩沖區(qū)實現(xiàn)資源共享，這個過程無需磁盤參與，因此設計了一種內(nèi)存級的文件來專門實現(xiàn)進程間通信，這種內(nèi)存級文件就是管道。管道是什么？
管道是unix中最古老的進程間通信形式，從一個進程連接到另一個進程的數(shù)據(jù)流稱為“管道”。管道的原理：
必須先打開文件，然后創(chuàng)建子進程，不能先創(chuàng)建子進程再打開文件。這個過程利用的是子進程會繼承父進程相關(guān)資源的特性。
為什么父進程在打開文件時必須以“讀寫”方式打開，不能只讀或只寫？因為父進程打開文件，創(chuàng)建子進程后，父子進程必須有一個寫，一個讀，不能兩個都讀或兩個都寫。管道不需要路徑，也就不需要名字，所以稱為匿名管道。
上面的操作只是讓父子進程看到了同一份資源，但還沒有實現(xiàn)通信。這個內(nèi)存資源由操作系統(tǒng)提供，因此進程間通信也應通過操作系統(tǒng)實現(xiàn)，即調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用。
#include <iostream> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> using namespace std; int main(){ //1、創(chuàng)建管道 int fds[2] = {0}; int n = pipe(fds); if (n != 0) { cerr << "pipe error" << endl; return -1; } //2、創(chuàng)建子進程 pid_t id = fork(); if (id < 0) { cerr << "fork error" << endl; return -1; } else if (id == 0) { //子進程 //3、關(guān)閉不需要的fd close(fds[0]);//0是讀 int cnt = 0; while (true) { string message = "hello world, hello "; message += to_string(getpid()); message += ", "; message += to_string(cnt++); write(fds[1], message.c_str(), message.size()); sleep(1); } exit(0); } else { //父進程 close(fds[1]);//1是寫 char buffer[1024]; while (true) { ssize_t n = read(fds[0], buffer, 1024); if (n > 0) { buffer[n] = 0; cout << "father, message: " << buffer << endl; } } } return 0; }
子進程寫，父進程讀。看待父子進程就像看待文件一樣。在上面子進程sleep的過程中，父進程在做什么呢？在阻塞等待。父進程在讀完子進程的數(shù)據(jù)后，操作系統(tǒng)就不讓父進程讀了，讓其進入阻塞狀態(tài)，等待子進程再次寫入。這是為了保護共享資源，防止子進程寫了一半父進程就讀，或者父進程讀了一半子進程就寫。這個過程是管道內(nèi)部自動完成的。
現(xiàn)象：
管道為空且管道正常，read會阻塞（read是一個系統(tǒng)調(diào)用）。管道為滿（管道資源是有限的）且管道正常，write會阻塞。管道寫端關(guān)閉且讀端繼續(xù)，讀端讀到0，表示讀到文件結(jié)尾。管道讀端關(guān)閉且寫端繼續(xù)，操作系統(tǒng)會終止寫入的進程。
特性：
面向字節(jié)流。不關(guān)心對面是如何寫的，按需讀取。用來進行具有血緣關(guān)系的進程進行IPC，常用于父子進程。文件的生命周期隨進程，管道也是。單向數(shù)據(jù)通信。管道自帶同步互斥等保護機制。
2、進程池退出
當關(guān)閉寫端，讀端讀到0，表示讀到文件結(jié)尾，則結(jié)束進程。即將父進程所有的讀端關(guān)閉，則相應的子進程就會結(jié)束，最后再由父進程等待回收。
void CleanProcessPool(){ //virsion1 for (auto &c : _channels) { c.Close(); } for (auto &c : _channels) { pid_t rid = waitpid(c.GetId(), nullptr, 0); if (rid > 0) { cout << "child " << rid << " exit" << endl; } } }
為什么要分開關(guān)閉讀端和等待子進程，不能關(guān)一個等一個嗎？
根據(jù)上面的分析，所有的子進程的file_struct都會指向第一個管道，越往后的子進程指向的管道越多。所以我們只是把master的file_struct中指向管道關(guān)閉，這個管道還有其他子進程的file_struct指向，因此讀端不會讀到0，子進程不會退出，就會一直阻塞。解決這個問題有兩種辦法：
1、倒著關(guān)閉 因為通過分析可知，越早創(chuàng)建的管道指向越多，最后一個管道只被指向一次，只要將最后一個進程關(guān)閉，則前面的所有管道被指向都會少1，因此倒著關(guān)閉就不會出現(xiàn)阻塞的問題。
//virsion2 for (int i = _channels.size()-1; i >= 0; i--) { _channels[i].Close(); pid_t rid = waitpid(_channels[i].GetId(), nullptr, 0); if (rid > 0) { cout << "child " << rid << " exit" << endl; } }
2、在子進程中關(guān)閉所有歷史fd 因為父進程的3號文件描述符總為空，子進程只有3號文件描述符指向管道。在這之前子進程繼承父進程對之前的管道的指向，所以只需要在子進程中把這些指向全部關(guān)掉就行。
// 3、建立通信信道 if (id == 0) { //關(guān)閉歷史fd for (auto &c : _channels) { c.Close(); } // 子進程 //close(pipefd[1]); //dup2(pipefd[0], 0); // 子進程從標準輸入讀取 //_work(); //exit(0); }
3、命名管道
我們知道，匿名管道的原理是讓父子進程看到同一份資源，而父子進程看到同一份資源，是因為子進程繼承了父進程的資源。所以不難得出，匿名管道兩端必須是父子進程。而如果我們想在任意進程之間建立管道呢？首先可以肯定的是這任意兩個進程之間也要能看到同一份資源，因為是任意進程之間，所以這個資源不能繼承而來，因此就牽扯出了命名管道。
命名管道的原理：為什么叫做命名管道，因為有名字，是真實存在的文件，既然是真實存在的文件，就一定有路徑+文件名，而路徑+文件名具有唯一性。這樣不同的進程可以用同一個文件系統(tǒng)路徑標志同一個資源，也就是不同的進程看到了同一個資源。命名管道和普通文件的區(qū)別：這么看來命名管道和普通文件好像除了創(chuàng)建方式不同外也沒多大區(qū)別，而普通文件好像也能實現(xiàn)進程間通信，但是普通文件有兩個問題，我們往普通文件中寫入的數(shù)據(jù)會被刷新到磁盤中保存，另外普通文件也沒有被特殊保護，也就是我們可以往里寫大量的數(shù)據(jù)，在寫的過程中也有可能被其他進程讀，這兩個問題是命名管道需要重點處理的，所以命名管道和普通文件有很大的區(qū)別，是特殊設計的。這個命名管道，該由誰創(chuàng)建？公共資源：一般要讓指定的一個進程現(xiàn)行創(chuàng)建。一個進程創(chuàng)建&&使用，另一個進程獲取&&使用。
4、共享內(nèi)存
共享內(nèi)存區(qū)是最快的IPC形式。一旦這樣的內(nèi)存映射到共享它的進程的地址空間，這些進程間數(shù)據(jù)傳遞不再涉及到內(nèi)核，換句話說是進程不再通過執(zhí)行進入內(nèi)核的系統(tǒng)調(diào)用來傳遞彼此的數(shù)據(jù)。
共享內(nèi)存 = 共享內(nèi)存的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) + 內(nèi)存塊。讓兩個進程通過各自的虛擬地址空間，映射同一塊物理內(nèi)存，叫做共享內(nèi)存。共享內(nèi)存的本質(zhì)還是讓不同的進程看到同一個資源。
IPC_CEEAT：單獨使用，如果shm不存在則創(chuàng)建，如果存在則獲取。保證調(diào)用進程就能拿到共享內(nèi)存。IPC_CEEAT | IPC_EXCL：組合使用，如果不存在則創(chuàng)建，如果存在則返回錯誤。只要成功，一定是新的共享內(nèi)存。key為什么必須要用戶傳入，為什么內(nèi)核自己不生成？
任意進程間是獨立的，由某一個進程內(nèi)生成key，其他的進程是拿不到的。理論上用戶可以隨意設置key，只要保證不沖突就可，為了保證key的唯一性有函數(shù)來減小沖突的概率。
定義全局的key，讓進程間通過絕對路徑都能看到，由某個進程設置進內(nèi)核中，則其他進程也能夠得到。所以在應用層面，不同進程看到同一份共享內(nèi)存是通過唯一路徑+項目ID來確定的，類似命名管道也是通過文件路徑+文件名來確定的。
在OS看來，由shmget函數(shù)創(chuàng)建的共享內(nèi)存是OS創(chuàng)建的，所以共享內(nèi)存的生命周期隨內(nèi)核。和文件不同，文件的生命周期隨進程。所以共享內(nèi)存一旦創(chuàng)建出來，要么由用戶主動釋放，要么OS重啟。
共享內(nèi)存的管理指令：
ipcs -m：查看共享內(nèi)存信息ipcrm -m shmid：刪除共享內(nèi)存shmid VS key:
shmid：僅供用戶使用的shm標識符（類似文件描述符fd）key：僅供內(nèi)核區(qū)分不同shm唯一性的標識符（類似文件地址）除了指令刪除shm，還可以通過函數(shù)刪除：
共享內(nèi)存也有權(quán)限。
| 共享內(nèi)存的特點：
不需要調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用，通信速度快。讓兩個進程在各自的用戶空間共享內(nèi)存塊，是真正的共享資源，但是不像管道，共享內(nèi)存沒有任何保護。共享內(nèi)存的保護機制，需要用戶自己完成。
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