A. linux進程通信實驗報告
一、實驗目的：
進一步認識並發（並行）執行的概念，區別順序執行和並發（並行）執行。
分析進程爭用臨界資源的現象，學習解決進程排斥的方法。
二、實驗環境：
一台至少具有256MB內存的計算機，並安裝Red Hat Linux 9的Linux操作系統。
三、實驗內容：
1. 預備知識
fork函數調用：創建一個新進程。
getpid函數調用：獲得一個進程的pid。
lockf系統的調用：在進程同步控制中為進程加鎖。
2. 編寫一段程序（程序名為fork1.c），使用系統調用fork()創建兩個子進程。當此程序運行時，在系統中有一個父進程和兩個子進程活動。讓每一個進程在屏幕上顯示一個字元：父進程顯示字元「a」，子進程分別顯示字元「b」和字元「c」。試觀察記錄屏幕上的顯示結果，並分析原因。
（1）進入Linux操作系統。
（2）打開終端。進入vi編譯器。
（3）輸入源程序代碼。
（4）按Esc鍵，進入命令模式後，輸入「： wq文件名」就可以運行該程序了。
B. linux下的C語言開發（管道通信）
姓名:馮成 學號:19020100164 學院:丁香二號書院
轉自:https://feixiaoxing.blog.csdn.net/article/details/7229483
【嵌牛導讀】本文將介紹linux下的C語言開發中的管道通信
【嵌牛鼻子】linux C語言 管道通信
【嵌牛提問】linux下的C語言開發中的管道通信是什麼？
Linux系統本身為進程間通信提供了很多的方式，比如說管道、共享內存、socket通信等。管道的使用十分簡單，在創建了匿名管道之後，我們只需要從一個管道發送數據，再從另外一個管道接受數據即可。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int pipe_default[2];
int main()
{
pid_t pid;
char buffer[32];
memset(buffer, 0, 32);
if(pipe(pipe_default) < 0)
{
printf("Failed to create pipe!\n");
return 0;
}
if(0 == (pid = fork()))
{
close(pipe_default[1]);
sleep(5);
if(read(pipe_default[0], buffer, 32) > 0)
{
printf("Receive data from server, %s!\n", buffer);
}
close(pipe_default[0]);
}
else
{
close(pipe_default[0]);
if(-1 != write(pipe_default[1], "hello", strlen("hello")))
{
printf("Send data to client, hello!\n");
}
close(pipe_default[1]);
waitpid(pid, NULL, 0);
}
return 1;
}
下面我們就可以開始編譯運行了，老規矩分成兩步驟進行：（1）輸入gcc pipe.c -o pipe；（2）然後輸入./pipe，過一會兒你就可以看到下面的列印了。
[test@localhost pipe]$ ./pipe
Send data to client, hello!
Receive data from server, hello!
C. Linux進程間通信
linux下進程間通信的幾種主要手段簡介：
一般文件的I/O函數都可以用於管道，如close、read、write等等。
實例1：用於shell
管道可用於輸入輸出重定向，它將一個命令的輸出直接定向到另一個命令的輸入。比如，當在某個shell程序（Bourne shell或C shell等）鍵入who│wc -l後，相應shell程序將創建who以及wc兩個進程和這兩個進程間的管道。
實例二：用於具有親緣關系的進程間通信
管道的主要局限性正體現在它的特點上：
有名管道的創建
小結：
管道常用於兩個方面：（1）在shell中時常會用到管道（作為輸入輸入的重定向），在這種應用方式下，管道的創建對於用戶來說是透明的；（2）用於具有親緣關系的進程間通信，用戶自己創建管道，並完成讀寫操作。
FIFO可以說是管道的推廣，克服了管道無名字的限制，使得無親緣關系的進程同樣可以採用先進先出的通信機制進行通信。
管道和FIFO的數據是位元組流，應用程序之間必須事先確定特定的傳輸"協議"，採用傳播具有特定意義的消息。
要靈活應用管道及FIFO，理解它們的讀寫規則是關鍵。
信號生命周期
信號是進程間通信機制中唯一的非同步通信機制，可以看作是非同步通知，通知接收信號的進程有哪些事情發生了。信號機制經過POSIX實時擴展後，功能更加強大，除了基本通知功能外，還可以傳遞附加信息。
可以從兩個不同的分類角度對信號進行分類：（1）可靠性方面：可靠信號與不可靠信號；（2）與時間的關繫上：實時信號與非實時信號。
(1) 可靠信號與不可靠信號
不可靠信號 ：Linux下的不可靠信號問題主要指的是信號可能丟失。
可靠信號 ：信號值位於SIGRTMIN和SIGRTMAX之間的信號都是可靠信號，可靠信號克服了信號可能丟失的問題。Linux在支持新版本的信號安裝函數sigation（）以及信號發送函數sigqueue()的同時，仍然支持早期的signal（）信號安裝函數，支持信號發送函數kill()。
對於目前linux的兩個信號安裝函數:signal()及sigaction()來說，它們都不能把SIGRTMIN以前的信號變成可靠信號（都不支持排隊，仍有可能丟失，仍然是不可靠信號），而且對SIGRTMIN以後的信號都支持排隊。這兩個函數的最大區別在於，經過sigaction安裝的信號都能傳遞信息給信號處理函數（對所有信號這一點都成立），而經過signal安裝的信號卻不能向信號處理函數傳遞信息。對於信號發送函數來說也是一樣的。
(2) 實時信號與非實時信號
前32種信號已經有了預定義值，每個信號有了確定的用途及含義，並且每種信號都有各自的預設動作。如按鍵盤的CTRL ^C時，會產生SIGINT信號，對該信號的默認反應就是進程終止。後32個信號表示實時信號，等同於前面闡述的可靠信號。這保證了發送的多個實時信號都被接收。實時信號是POSIX標準的一部分，可用於應用進程。非實時信號都不支持排隊，都是不可靠信號；實時信號都支持排隊，都是可靠信號。
發送信號的主要函數有：kill()、raise()、 sigqueue()、alarm()、setitimer()以及abort()。
調用成功返回 0；否則，返回 -1。
sigqueue()是比較新的發送信號系統調用，主要是針對實時信號提出的（當然也支持前32種），支持信號帶有參數，與函數sigaction()配合使用。
sigqueue的第一個參數是指定接收信號的進程ID，第二個參數確定即將發送的信號，第三個參數是一個聯合數據結構union sigval，指定了信號傳遞的參數，即通常所說的4位元組值。
sigqueue()比kill()傳遞了更多的附加信息，但sigqueue()只能向一個進程發送信號。sigqueue()比kill()傳遞了更多的附加信息，但sigqueue()只能向一個進程發送信號。
inux主要有兩個函數實現信號的安裝： signal() 、 sigaction() 。其中signal()在可靠信號系統調用的基礎上實現, 是庫函數。它只有兩個參數，不支持信號傳遞信息，主要是用於前32種非實時信號的安裝；而sigaction()是較新的函數（由兩個系統調用實現：sys_signal以及sys_rt_sigaction），有三個參數，支持信號傳遞信息，主要用來與 sigqueue() 系統調用配合使用，當然，sigaction()同樣支持非實時信號的安裝。sigaction()優於signal()主要體現在支持信號帶有參數。
消息隊列就是一個消息的鏈表。可以把消息看作一個記錄，具有特定的格式以及特定的優先順序。對消息隊列有寫許可權的進程可以向中按照一定的規則添加新消息；對消息隊列有讀許可權的進程則可以從消息隊列中讀走消息。消息隊列是隨內核持續的
消息隊列的內核持續性要求每個消息隊列都在系統范圍內對應唯一的鍵值，所以，要獲得一個消息隊列的描述字，只需提供該消息隊列的鍵值即可；
消息隊列與管道以及有名管道相比，具有更大的靈活性，首先，它提供有格式位元組流，有利於減少開發人員的工作量；其次，消息具有類型，在實際應用中，可作為優先順序使用。這兩點是管道以及有名管道所不能比的。同樣，消息隊列可以在幾個進程間復用，而不管這幾個進程是否具有親緣關系，這一點與有名管道很相似；但消息隊列是隨內核持續的，與有名管道（隨進程持續）相比，生命力更強，應用空間更大。
信號燈與其他進程間通信方式不大相同，它主要提供對進程間共享資源訪問控制機制。相當於內存中的標志，進程可以根據它判定是否能夠訪問某些共享資源，同時，進程也可以修改該標志。除了用於訪問控制外，還可用於進程同步。信號燈有以下兩種類型：
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops); semid是信號燈集ID，sops指向數組的每一個sembuf結構都刻畫一個在特定信號燈上的操作。
int semctl(int semid，int semnum，int cmd，union semun arg)
該系統調用實現對信號燈的各種控制操作，參數semid指定信號燈集，參數cmd指定具體的操作類型；參數semnum指定對哪個信號燈操作，只對幾個特殊的cmd操作有意義；arg用於設置或返回信號燈信息。
進程間需要共享的數據被放在一個叫做IPC共享內存區域的地方，所有需要訪問該共享區域的進程都要把該共享區域映射到本進程的地址空間中去。系統V共享內存通過shmget獲得或創建一個IPC共享內存區域，並返回相應的標識符。內核在保證shmget獲得或創建一個共享內存區，初始化該共享內存區相應的shmid_kernel結構注同時，還將在特殊文件系統shm中，創建並打開一個同名文件，並在內存中建立起該文件的相應dentry及inode結構，新打開的文件不屬於任何一個進程（任何進程都可以訪問該共享內存區）。所有這一切都是系統調用shmget完成的。
shmget（）用來獲得共享內存區域的ID，如果不存在指定的共享區域就創建相應的區域。shmat()把共享內存區域映射到調用進程的地址空間中去，這樣，進程就可以方便地對共享區域進行訪問操作。shmdt()調用用來解除進程對共享內存區域的映射。shmctl實現對共享內存區域的控制操作。這里我們不對這些系統調用作具體的介紹，讀者可參考相應的手冊頁面，後面的範例中將給出它們的調用方法。
註：shmget的內部實現包含了許多重要的系統V共享內存機制；shmat在把共享內存區域映射到進程空間時，並不真正改變進程的頁表。當進程第一次訪問內存映射區域訪問時，會因為沒有物理頁表的分配而導致一個缺頁異常，然後內核再根據相應的存儲管理機制為共享內存映射區域分配相應的頁表。
D. linux進程間通訊的幾種方式
進程間通信(IPC，Interprocess communication)是一組編程介面，讓程序員能夠協調不同的進程，使之能在一個操作系統里同時運行，並相互傳遞、交換信息。這使得一個程序能夠在同一時間里處理許多用戶的要求。因為即使只有一個用戶發出要求，也可能導致一個操作系統中多個進程的運行，進程之間必須互相通話。IPC介面就提供了這種可能性。每個IPC方法均有它自己的優點和局限性，一般，對於單個程序而言使用所有的IPC方法是不常見的。
1、無名管道通信
無名管道(pipe)：管道是一種半雙工的通信方式，數據只能單向流動，而且只能在具有親緣關系的進程間使用，進程的親緣關系通常是指父子進程關系。
2、高級管道通信
高級管道(popen)：將另一個程序當做一個新的進程在當前程序進程中啟動，則它算是當前程序的子進程，這種方式我們稱為高級管道方式。
3、有名管道通信
有名管道(named pipe)：有名管道也是半雙工的通信方式，但是它允許無親緣關系進程間的通信。
4、消息隊列通信
消息隊列(message
queue)：消息隊列是由消息的鏈表，存放在內核中並由消息隊列標識符標識，消息隊列克服了信號傳遞信息少、管道只能承載無格式位元組流以及緩沖區大小受限等缺點。
5、信號量通信
信號量(semophore)：信號量是一個計數器，可以用來控制多個進程對共享資源的訪問，它常作為一種鎖機制，防止某進程正在訪問共享資源時，其他進程訪問該資源。因此，主要作為進程間以及同一進程內不同線程之間的同步手段。
6、信號
信號(sinal)：信號是一種比較復雜的通信方式，用於通知接收進程某個事件已經發生。
7、共享內存通信
共享內存(shared
memory)：共享內存就是映射一段能被其他進程所訪問的內存，這段共享內存由一個進程創建，但多個進程都可以訪問。共享內存是最快的IPC方式，它是針對其他進程間通信方式運行效率低而專門設計的。它往往與其他通信機制，如信號量，配合使用，來實現進程間的同步和通信。
8、套接字通信
套接字(socket)：套接字也是一種進程間通信機制，與其他通信機制不同的是，它可用於不同機器間的進程通信。