1. 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。
2. linux 內核信號量和 posix信號量內核實現上的區別
他們是有關信號量的兩組程序設計介面函數。POSIX信號量來源於POSIX技術規范的實時擴展方案(POSIX Realtime Extension)，常用於線程；system v信號量，常用於進程的同步。這兩者非常相近，但它們使用的函數調用各不相同。前一種的頭文件為semapho...
3. linux用戶空間 - 多進程編程（三）
管道用於有學園關系的進程之間。
管道的pipe 系統調用實際上就是創建出來兩個文件描述符。
當父進P1程創建出 fd[2] 時，子進程P2 會繼承父進程的所有，所以也會得到pipe 的 2個 文件描述符。
所以毫無瓜葛的兩個進程，一定不會訪問到彼此的pipe。無法用管道進行通信。
管道一般是單工的。f[0]讀，f[1]寫
管道也可以適用於 兄弟進程（只要有血緣即可）。由於管道是單工的，當兩個進程之間需要雙向通信，則需要兩跟管道。
執行
ctrl-c(2號信號) + SIGUSR1 信號 綁了一個新函數。則 ctrl-c 無效。
查看進程的信號
號信號被捕獲。
將2號信號忽略掉
9號信號 kill 和19號信號 stop 不能亂搞，只能用預設。
其它信號甚至段信號也都可以捕獲。
改變程序的執行現場，修改PC指針，有些像goto，只不過返回非0值
運行結果
making segment fault
after segment fault
程序不會死。
如果不忽略 page fault
則會產生 core mp.
不停的給data 賦值，同時每隔1s會有信號進來，列印 data的值。
理論上列印出來的結果同時為0，同時為1
但並非如此，是 0，1，交替隨機的。
signal 非同步的，隨時都可以進來，所以列印出來的結果，並不是我想要的。
信號對於應用程序來說，很像中斷對於內核，都是訪問臨界區數據
信號被屏蔽，延後執行。
寫多線程的程序時，不要以為只有線程之間有競爭，其實信號也會有競爭
system v 的IPC 年代有些久遠。
有血緣關系的進程 key_t 都是相同的。
Key 是私有key IPV PRIVATE
可能用消息隊列，可能用共享內存，可能用信號量進行通訊。
利用 _pathname 路徑，約定好一條路徑。和tcp/ip地址很像，來生成一個key_t key, 用msg_get shm_get 得到共享內存or 信號量。
int id 可以理解為文件描述符 fd。
其中Sys V 的共享內存 最為常用。
一定要檢查路徑，如果僅僅有2個進程，你沒有創建路徑，兩者都是 -1（相當於大家約定好了），那當然能通信拉。但更多的進程出現，則會有問題。
一定要檢查返回值
依然依靠key，但是api 實在是太挫了。P&V 操作都是 semop. (posix 的 ipc跟為簡潔)
POSIX 共享內存當然也需要一個名字，但並不是路徑。
無論讀進程還是寫進程，都需要傳入相同的名字。
如果是unbuntu 會在以下路徑生成文件
其實 2和3 是1 的符號鏈接。 只要保證是一個就能互相通信
關鍵點，mmap 內存的屬性修改為 private 後，產生寫時，虛擬地址一樣，但是物理地址已經不同了
當然 如果子進程修改了程序背景，執行了 exec，那麼完全不一樣了，直接修改了內存邏輯。
4. Linux信號量
信號量是包含一個非負整數型的變數，並且帶有兩個原子操作wait和signal。Wait還可以被稱為down、P或lock，signal還可以被稱為up、V、unlock或post。在UNIX的API中（POSIX標准）用的是wait和post。
對於wait操作，如果信號量的非負整形變數S大於0，wait就將其減1，如果S等於0，wait就將調用線程阻塞；對於post操作，如果有線程在信號量上阻塞（此時S等於0），post就會解除對某個等待線程的阻塞，使其從wait中返回，如果沒有線程阻塞在信號量上，post就將S加1.
由此可見，S可以被理解為一種資源的數量，信號量即是通過控制這種資源的分配來實現互斥和同步的。如果把S設為1，那麼信號量即可使多線程並發運行。另外，信號量不僅允許使用者申請和釋放資源，而且還允許使用者創造資源，這就賦予了信號量實現同步的功能。可見信號量的功能要比互斥量豐富許多。
POSIX信號量是一個sem_t類型的變數，但POSIX有兩種信號量的實現機制： 無名信號量 和 命名信號量 。無名信號量只可以在共享內存的情況下，比如實現進程中各個線程之間的互斥和同步，因此無名信號量也被稱作基於內存的信號量；命名信號量通常用於不共享內存的情況下，比如進程間通信。
同時，在創建信號量時，根據信號量取值的不同，POSIX信號量還可以分為：
下面是POSIX信號量函數介面：
信號量的函數都以sem_開頭，線程中使用的基本信號函數有4個，他們都聲明在頭文件semaphore.h中，該頭文件定義了用於信號量操作的sem_t類型：
【sem_init函數】：
該函數用於創建信號量，原型如下：
該函數初始化由sem指向的信號對象，設置它的共享選項，並給它一個初始的整數值。pshared控制信號量的類型，如果其值為0，就表示信號量是當前進程的局部信號量，否則信號量就可以在多個進程間共享，value為sem的初始值。
該函數調用成功返回0，失敗返回-1。
【sem_destroy函數】：
該函數用於對用完的信號量進行清理，其原型如下：
成功返回0，失敗返回-1。
【sem_wait函數】：
該函數用於以原子操作的方式將信號量的值減1。原子操作就是，如果兩個線程企圖同時給一個信號量加1或減1，它們之間不會互相干擾。其原型如下：
sem指向的對象是sem_init調用初始化的信號量。調用成功返回0，失敗返回-1。
sem_trywait()則是sem_wait()的非阻塞版本，當條件不滿足時（信號量為0時），該函數直接返回EAGAIN錯誤而不會阻塞等待。
sem_timedwait()功能與sem_wait()類似，只是在指定的abs_timeout時間內等待，超過時間則直接返回ETIMEDOUT錯誤。
【sem_post函數】：
該函數用於以原子操作的方式將信號量的值加1，其原型如下：
與sem_wait一樣，sem指向的對象是由sem_init調用初始化的信號量。調用成功時返回0，失敗返回-1。
【sem_getvalue函數】：
該函數返回當前信號量的值，通過restrict輸出參數返回。如果當前信號量已經上鎖（即同步對象不可用），那麼返回值為0，或為負數，其絕對值就是等待該信號量解鎖的線程數。
【實例1】：
【實例2】：
之所以稱為命名信號量，是因為它有一個名字、一個用戶ID、一個組ID和許可權。這些是提供給不共享內存的那些進程使用命名信號量的介面。命名信號量的名字是一個遵守路徑名構造規則的字元串。
【sem_open函數】：
該函數用於創建或打開一個命名信號量，其原型如下：
參數name是一個標識信號量的字元串。參數oflag用來確定是創建信號量還是連接已有的信號量。
oflag的參數可以為0，O_CREAT或O_EXCL：如果為0，表示打開一個已存在的信號量；如果為O_CREAT，表示如果信號量不存在就創建一個信號量，如果存在則打開被返回，此時mode和value都需要指定；如果為O_CREAT|O_EXCL，表示如果信號量存在則返回錯誤。
mode參數用於創建信號量時指定信號量的許可權位，和open函數一樣，包括：S_IRUSR、S_IWUSR、S_IRGRP、S_IWGRP、S_IROTH、S_IWOTH。
value表示創建信號量時，信號量的初始值。
【sem_close函數】：
該函數用於關閉命名信號量：
單個程序可以用sem_close函數關閉命名信號量，但是這樣做並不能將信號量從系統中刪除，因為命名信號量在單個程序執行之外是具有持久性的。當進程調用_exit、exit、exec或從main返回時，進程打開的命名信號量同樣會被關閉。
【sem_unlink函數】：
sem_unlink函數用於在所有進程關閉了命名信號量之後，將信號量從系統中刪除：
【信號量操作函數】：
與無名信號量一樣，操作信號量的函數如下:
命名信號量是隨內核持續的。當命名信號量創建後，即使當前沒有進程打開某個信號量，它的值依然保持，直到內核重新自舉或調用sem_unlink()刪除該信號量。
無名信號量的持續性要根據信號量在內存中的位置確定：
很多時候信號量、互斥量和條件變數都可以在某種應用中使用，那這三者的差異有哪些呢？下面列出了這三者之間的差異：
5. Linux 中有名信號量,異常關閉其他線程如何獲取
linux下進程間同步的機制有以下三種：
信號量
記錄鎖(文件鎖)
共享內存中的mutex
效率上 共享內存mutex > 信號量 > 記錄鎖
posix 提供了新的信號量 - 有名信號量，既可以使用在進程間同步也可以作為線程間同步的手段。效率比共享內存mutex要好一些
6. Linux 多線程編程(二)2019-08-10
三種專門用於線程同步的機制:POSIX信號量,互斥量和條件變數.
在Linux上信號量API有兩組,一組是System V IPC信號量,即PV操作,另外就是POSIX信號量,POSIX信號量的名字都是以sem_開頭.
phshared參數指定信號量的類型,若其值為0,就表示這個信號量是當前進程的局部信號量,否則該信號量可以在多個進程之間共享.value值指定信號量的初始值,一般與下面的sem_wait函數相對應.
其中比較重要的函數sem_wait函數會以原子操作的方式將信號量的值減一,如果信號量的值為零,則sem_wait將會阻塞,信號量的值可以在sem_init函數中的value初始化;sem_trywait函數是sem_wait的非阻塞版本;sem_post函數將以原子的操作對信號量加一,當信號量的值大於0時,其他正在調用sem_wait等待信號量的線程將被喚醒.
這些函數成功時返回0,失敗則返回-1並設置errno.
生產者消費者模型:
生產者對應一個信號量:sem_t procer;
消費者對應一個信號量:sem_t customer;
sem_init(&procer,2)----生產者擁有資源,可以工作;
sem_init(&customer,0)----消費者沒有資源,阻塞;
在訪問公共資源前對互斥量設置（加鎖），確保同一時間只有一個線程訪問數據，在訪問完成後再釋放（解鎖）互斥量.
互斥鎖的運行方式:串列訪問共享資源;
信號量的運行方式:並行訪問共享資源;
互斥量用pthread_mutex_t數據類型表示，在使用互斥量之前，必須使用pthread_mutex_init函數對它進行初始化，注意，使用完畢後需調用pthread_mutex_destroy.
pthread_mutex_init用於初始化互斥鎖，mutexattr用於指定互斥鎖的屬性，若為NULL，則表示默認屬性。除了用這個函數初始化互斥所外，還可以用如下方式初始化：pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER。
pthread_mutex_destroy用於銷毀互斥鎖，以釋放佔用的內核資源，銷毀一個已經加鎖的互斥鎖將導致不可預期的後果。
pthread_mutex_lock以原子操作給一個互斥鎖加鎖。如果目標互斥鎖已經被加鎖，則pthread_mutex_lock則被阻塞，直到該互斥鎖佔有者把它給解鎖.
pthread_mutex_trylock和pthread_mutex_lock類似，不過它始終立即返回，而不論被操作的互斥鎖是否加鎖，是pthread_mutex_lock的非阻塞版本.當目標互斥鎖未被加鎖時，pthread_mutex_trylock進行加鎖操作；否則將返回EBUSY錯誤碼。注意：這里討論的pthread_mutex_lock和pthread_mutex_trylock是針對普通鎖而言的，對於其他類型的鎖，這兩個加鎖函數會有不同的行為.
pthread_mutex_unlock以原子操作方式給一個互斥鎖進行解鎖操作。如果此時有其他線程正在等待這個互斥鎖，則這些線程中的一個將獲得它.
三個列印機輪流列印:
輸出結果:
如果說互斥鎖是用於同步線程對共享數據的訪問的話,那麼條件變數就是用於在線程之間同步共享數據的值.條件變數提供了一種線程之間通信的機制:當某個共享數據達到某個值時,喚醒等待這個共享數據的線程.
條件變數會在條件不滿足的情況下阻塞線程.且條件變數和互斥量一起使用，允許線程以無競爭的方式等待特定的條件發生.
其中pthread_cond_broadcast函數以廣播的形式喚醒所有等待目標條件變數的線程,pthread_cond_signal函數用於喚醒一個等待目標條件變數線程.但有時候我們可能需要喚醒一個固定的線程,可以通過間接的方法實現:定義一個能夠唯一標識目標線程的全局變數,在喚醒等待條件變數的線程前先設置該變數為目標線程,然後採用廣播的方式喚醒所有等待的線程,這些線程被喚醒之後都檢查該變數以判斷是否是自己.
採用條件變數+互斥鎖實現生產者消費者模型:
運行結果:
阻塞隊列+生產者消費者
運行結果:
7. Linux進程通信實驗（共享內存通信，接上篇）
這一篇記錄一下共享內存實驗，需要linux的共享內存機制有一定的了解，同時也需要了解POSIX信號量來實現進程間的同步。可以參考以下兩篇博客: https://blog.csdn.net/sicofield/article/details/10897091
https://blog.csdn.net/ljianhui/article/details/10253345
實驗要求：編寫sender和receiver程序，sender創建一個共享內存並等待用戶輸入，然後把輸入通過共享內存發送給receiver並等待，receiver收到後把消息顯示在屏幕上並用同樣方式向sender發送一個over，然後兩個程序結束運行。
這個實驗的難點主要在於共享內存的創建和撤銷（涉及到的步驟比較多，需要理解各步驟的功能），以及實現兩個進程間的相互等待（使用信號量來實現，這里使用了有名信號量）
實驗心得：學習理解了linux的共享內存機制以及POSIX信號量機制。
兩個實驗雖然加強了對linux一些機制的理解，但是感覺對linux的學習還不夠，需要繼續學習。