1. linux进程间通信
linux下进程间通信的几种主要手段简介：
一般文件的I/O函数都可以用于管道，如close、read、write等等。
实例1：用于shell
管道可用于输入输出重定向，它将一个命令的输出直接定向到另一个命令的输入。比如，当在某个shell程序（Bourne shell或C shell等）键入who│wc -l后，相应shell程序将创建who以及wc两个进程和这两个进程间的管道。
实例二：用于具有亲缘关系的进程间通信
管道的主要局限性正体现在它的特点上：
有名管道的创建
小结：
管道常用于两个方面：（1）在shell中时常会用到管道（作为输入输入的重定向），在这种应用方式下，管道的创建对于用户来说是透明的；（2）用于具有亲缘关系的进程间通信，用户自己创建管道，并完成读写操作。
FIFO可以说是管道的推广，克服了管道无名字的限制，使得无亲缘关系的进程同样可以采用先进先出的通信机制进行通信。
管道和FIFO的数据是字节流，应用程序之间必须事先确定特定的传输"协议"，采用传播具有特定意义的消息。
要灵活应用管道及FIFO，理解它们的读写规则是关键。
信号生命周期
信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制，可以看作是异步通知，通知接收信号的进程有哪些事情发生了。信号机制经过POSIX实时扩展后，功能更加强大，除了基本通知功能外，还可以传递附加信息。
可以从两个不同的分类角度对信号进行分类：（1）可靠性方面：可靠信号与不可靠信号；（2）与时间的关系上：实时信号与非实时信号。
(1) 可靠信号与不可靠信号
不可靠信号 ：Linux下的不可靠信号问题主要指的是信号可能丢失。
可靠信号 ：信号值位于SIGRTMIN和SIGRTMAX之间的信号都是可靠信号，可靠信号克服了信号可能丢失的问题。Linux在支持新版本的信号安装函数sigation（）以及信号发送函数sigqueue()的同时，仍然支持早期的signal（）信号安装函数，支持信号发送函数kill()。
对于目前linux的两个信号安装函数:signal()及sigaction()来说，它们都不能把SIGRTMIN以前的信号变成可靠信号（都不支持排队，仍有可能丢失，仍然是不可靠信号），而且对SIGRTMIN以后的信号都支持排队。这两个函数的最大区别在于，经过sigaction安装的信号都能传递信息给信号处理函数（对所有信号这一点都成立），而经过signal安装的信号却不能向信号处理函数传递信息。对于信号发送函数来说也是一样的。
(2) 实时信号与非实时信号
前32种信号已经有了预定义值，每个信号有了确定的用途及含义，并且每种信号都有各自的缺省动作。如按键盘的CTRL ^C时，会产生SIGINT信号，对该信号的默认反应就是进程终止。后32个信号表示实时信号，等同于前面阐述的可靠信号。这保证了发送的多个实时信号都被接收。实时信号是POSIX标准的一部分，可用于应用进程。非实时信号都不支持排队，都是不可靠信号；实时信号都支持排队，都是可靠信号。
发送信号的主要函数有：kill()、raise()、 sigqueue()、alarm()、setitimer()以及abort()。
调用成功返回 0；否则，返回 -1。
sigqueue()是比较新的发送信号系统调用，主要是针对实时信号提出的（当然也支持前32种），支持信号带有参数，与函数sigaction()配合使用。
sigqueue的第一个参数是指定接收信号的进程ID，第二个参数确定即将发送的信号，第三个参数是一个联合数据结构union sigval，指定了信号传递的参数，即通常所说的4字节值。
sigqueue()比kill()传递了更多的附加信息，但sigqueue()只能向一个进程发送信号。sigqueue()比kill()传递了更多的附加信息，但sigqueue()只能向一个进程发送信号。
inux主要有两个函数实现信号的安装： signal() 、 sigaction() 。其中signal()在可靠信号系统调用的基础上实现, 是库函数。它只有两个参数，不支持信号传递信息，主要是用于前32种非实时信号的安装；而sigaction()是较新的函数（由两个系统调用实现：sys_signal以及sys_rt_sigaction），有三个参数，支持信号传递信息，主要用来与 sigqueue() 系统调用配合使用，当然，sigaction()同样支持非实时信号的安装。sigaction()优于signal()主要体现在支持信号带有参数。
消息队列就是一个消息的链表。可以把消息看作一个记录，具有特定的格式以及特定的优先级。对消息队列有写权限的进程可以向中按照一定的规则添加新消息；对消息队列有读权限的进程则可以从消息队列中读走消息。消息队列是随内核持续的
消息队列的内核持续性要求每个消息队列都在系统范围内对应唯一的键值，所以，要获得一个消息队列的描述字，只需提供该消息队列的键值即可；
消息队列与管道以及有名管道相比，具有更大的灵活性，首先，它提供有格式字节流，有利于减少开发人员的工作量；其次，消息具有类型，在实际应用中，可作为优先级使用。这两点是管道以及有名管道所不能比的。同样，消息队列可以在几个进程间复用，而不管这几个进程是否具有亲缘关系，这一点与有名管道很相似；但消息队列是随内核持续的，与有名管道（随进程持续）相比，生命力更强，应用空间更大。
信号灯与其他进程间通信方式不大相同，它主要提供对进程间共享资源访问控制机制。相当于内存中的标志，进程可以根据它判定是否能够访问某些共享资源，同时，进程也可以修改该标志。除了用于访问控制外，还可用于进程同步。信号灯有以下两种类型：
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops); semid是信号灯集ID，sops指向数组的每一个sembuf结构都刻画一个在特定信号灯上的操作。
int semctl(int semid，int semnum，int cmd，union semun arg)
该系统调用实现对信号灯的各种控制操作，参数semid指定信号灯集，参数cmd指定具体的操作类型；参数semnum指定对哪个信号灯操作，只对几个特殊的cmd操作有意义；arg用于设置或返回信号灯信息。
进程间需要共享的数据被放在一个叫做IPC共享内存区域的地方，所有需要访问该共享区域的进程都要把该共享区域映射到本进程的地址空间中去。系统V共享内存通过shmget获得或创建一个IPC共享内存区域，并返回相应的标识符。内核在保证shmget获得或创建一个共享内存区，初始化该共享内存区相应的shmid_kernel结构注同时，还将在特殊文件系统shm中，创建并打开一个同名文件，并在内存中建立起该文件的相应dentry及inode结构，新打开的文件不属于任何一个进程（任何进程都可以访问该共享内存区）。所有这一切都是系统调用shmget完成的。
shmget（）用来获得共享内存区域的ID，如果不存在指定的共享区域就创建相应的区域。shmat()把共享内存区域映射到调用进程的地址空间中去，这样，进程就可以方便地对共享区域进行访问操作。shmdt()调用用来解除进程对共享内存区域的映射。shmctl实现对共享内存区域的控制操作。这里我们不对这些系统调用作具体的介绍，读者可参考相应的手册页面，后面的范例中将给出它们的调用方法。
注：shmget的内部实现包含了许多重要的系统V共享内存机制；shmat在把共享内存区域映射到进程空间时，并不真正改变进程的页表。当进程第一次访问内存映射区域访问时，会因为没有物理页表的分配而导致一个缺页异常，然后内核再根据相应的存储管理机制为共享内存映射区域分配相应的页表。
2. linux 内核信号量和 posix信号量内核实现上的区别
他们是有关信号量的两组程序设计接口函数。POSIX信号量来源于POSIX技术规范的实时扩展方案(POSIX Realtime Extension)，常用于线程；system v信号量，常用于进程的同步。这两者非常相近，但它们使用的函数调用各不相同。前一种的头文件为semapho...
3. linux用户空间 - 多进程编程（三）
管道用于有学园关系的进程之间。
管道的pipe 系统调用实际上就是创建出来两个文件描述符。
当父进P1程创建出 fd[2] 时，子进程P2 会继承父进程的所有，所以也会得到pipe 的 2个 文件描述符。
所以毫无瓜葛的两个进程，一定不会访问到彼此的pipe。无法用管道进行通信。
管道一般是单工的。f[0]读，f[1]写
管道也可以适用于 兄弟进程（只要有血缘即可）。由于管道是单工的，当两个进程之间需要双向通信，则需要两跟管道。
执行
ctrl-c(2号信号) + SIGUSR1 信号 绑了一个新函数。则 ctrl-c 无效。
查看进程的信号
号信号被捕获。
将2号信号忽略掉
9号信号 kill 和19号信号 stop 不能乱搞，只能用缺省。
其它信号甚至段信号也都可以捕获。
改变程序的执行现场，修改PC指针，有些像goto，只不过返回非0值
运行结果
making segment fault
after segment fault
程序不会死。
如果不忽略 page fault
则会产生 core mp.
不停的给data 赋值，同时每隔1s会有信号进来，打印 data的值。
理论上打印出来的结果同时为0，同时为1
但并非如此，是 0，1，交替随机的。
signal 异步的，随时都可以进来，所以打印出来的结果，并不是我想要的。
信号对于应用程序来说，很像中断对于内核，都是访问临界区数据
信号被屏蔽，延后执行。
写多线程的程序时，不要以为只有线程之间有竞争，其实信号也会有竞争
system v 的IPC 年代有些久远。
有血缘关系的进程 key_t 都是相同的。
Key 是私有key IPV PRIVATE
可能用消息队列，可能用共享内存，可能用信号量进行通讯。
利用 _pathname 路径，约定好一条路径。和tcp/ip地址很像，来生成一个key_t key, 用msg_get shm_get 得到共享内存or 信号量。
int id 可以理解为文件描述符 fd。
其中Sys V 的共享内存 最为常用。
一定要检查路径，如果仅仅有2个进程，你没有创建路径，两者都是 -1（相当于大家约定好了），那当然能通信拉。但更多的进程出现，则会有问题。
一定要检查返回值
依然依靠key，但是api 实在是太挫了。P&V 操作都是 semop. (posix 的 ipc跟为简洁)
POSIX 共享内存当然也需要一个名字，但并不是路径。
无论读进程还是写进程，都需要传入相同的名字。
如果是unbuntu 会在以下路径生成文件
其实 2和3 是1 的符号链接。 只要保证是一个就能互相通信
关键点，mmap 内存的属性修改为 private 后，产生写时，虚拟地址一样，但是物理地址已经不同了
当然 如果子进程修改了程序背景，执行了 exec，那么完全不一样了，直接修改了内存逻辑。
4. Linux信号量
信号量是包含一个非负整数型的变量，并且带有两个原子操作wait和signal。Wait还可以被称为down、P或lock，signal还可以被称为up、V、unlock或post。在UNIX的API中（POSIX标准）用的是wait和post。
对于wait操作，如果信号量的非负整形变量S大于0，wait就将其减1，如果S等于0，wait就将调用线程阻塞；对于post操作，如果有线程在信号量上阻塞（此时S等于0），post就会解除对某个等待线程的阻塞，使其从wait中返回，如果没有线程阻塞在信号量上，post就将S加1.
由此可见，S可以被理解为一种资源的数量，信号量即是通过控制这种资源的分配来实现互斥和同步的。如果把S设为1，那么信号量即可使多线程并发运行。另外，信号量不仅允许使用者申请和释放资源，而且还允许使用者创造资源，这就赋予了信号量实现同步的功能。可见信号量的功能要比互斥量丰富许多。
POSIX信号量是一个sem_t类型的变量，但POSIX有两种信号量的实现机制： 无名信号量 和 命名信号量 。无名信号量只可以在共享内存的情况下，比如实现进程中各个线程之间的互斥和同步，因此无名信号量也被称作基于内存的信号量；命名信号量通常用于不共享内存的情况下，比如进程间通信。
同时，在创建信号量时，根据信号量取值的不同，POSIX信号量还可以分为：
下面是POSIX信号量函数接口：
信号量的函数都以sem_开头，线程中使用的基本信号函数有4个，他们都声明在头文件semaphore.h中，该头文件定义了用于信号量操作的sem_t类型：
【sem_init函数】：
该函数用于创建信号量，原型如下：
该函数初始化由sem指向的信号对象，设置它的共享选项，并给它一个初始的整数值。pshared控制信号量的类型，如果其值为0，就表示信号量是当前进程的局部信号量，否则信号量就可以在多个进程间共享，value为sem的初始值。
该函数调用成功返回0，失败返回-1。
【sem_destroy函数】：
该函数用于对用完的信号量进行清理，其原型如下：
成功返回0，失败返回-1。
【sem_wait函数】：
该函数用于以原子操作的方式将信号量的值减1。原子操作就是，如果两个线程企图同时给一个信号量加1或减1，它们之间不会互相干扰。其原型如下：
sem指向的对象是sem_init调用初始化的信号量。调用成功返回0，失败返回-1。
sem_trywait()则是sem_wait()的非阻塞版本，当条件不满足时（信号量为0时），该函数直接返回EAGAIN错误而不会阻塞等待。
sem_timedwait()功能与sem_wait()类似，只是在指定的abs_timeout时间内等待，超过时间则直接返回ETIMEDOUT错误。
【sem_post函数】：
该函数用于以原子操作的方式将信号量的值加1，其原型如下：
与sem_wait一样，sem指向的对象是由sem_init调用初始化的信号量。调用成功时返回0，失败返回-1。
【sem_getvalue函数】：
该函数返回当前信号量的值，通过restrict输出参数返回。如果当前信号量已经上锁（即同步对象不可用），那么返回值为0，或为负数，其绝对值就是等待该信号量解锁的线程数。
【实例1】：
【实例2】：
之所以称为命名信号量，是因为它有一个名字、一个用户ID、一个组ID和权限。这些是提供给不共享内存的那些进程使用命名信号量的接口。命名信号量的名字是一个遵守路径名构造规则的字符串。
【sem_open函数】：
该函数用于创建或打开一个命名信号量，其原型如下：
参数name是一个标识信号量的字符串。参数oflag用来确定是创建信号量还是连接已有的信号量。
oflag的参数可以为0，O_CREAT或O_EXCL：如果为0，表示打开一个已存在的信号量；如果为O_CREAT，表示如果信号量不存在就创建一个信号量，如果存在则打开被返回，此时mode和value都需要指定；如果为O_CREAT|O_EXCL，表示如果信号量存在则返回错误。
mode参数用于创建信号量时指定信号量的权限位，和open函数一样，包括：S_IRUSR、S_IWUSR、S_IRGRP、S_IWGRP、S_IROTH、S_IWOTH。
value表示创建信号量时，信号量的初始值。
【sem_close函数】：
该函数用于关闭命名信号量：
单个程序可以用sem_close函数关闭命名信号量，但是这样做并不能将信号量从系统中删除，因为命名信号量在单个程序执行之外是具有持久性的。当进程调用_exit、exit、exec或从main返回时，进程打开的命名信号量同样会被关闭。
【sem_unlink函数】：
sem_unlink函数用于在所有进程关闭了命名信号量之后，将信号量从系统中删除：
【信号量操作函数】：
与无名信号量一样，操作信号量的函数如下:
命名信号量是随内核持续的。当命名信号量创建后，即使当前没有进程打开某个信号量，它的值依然保持，直到内核重新自举或调用sem_unlink()删除该信号量。
无名信号量的持续性要根据信号量在内存中的位置确定：
很多时候信号量、互斥量和条件变量都可以在某种应用中使用，那这三者的差异有哪些呢？下面列出了这三者之间的差异：
5. Linux 中有名信号量,异常关闭其他线程如何获取
linux下进程间同步的机制有以下三种：
信号量
记录锁(文件锁)
共享内存中的mutex
效率上 共享内存mutex > 信号量 > 记录锁
posix 提供了新的信号量 - 有名信号量，既可以使用在进程间同步也可以作为线程间同步的手段。效率比共享内存mutex要好一些
6. Linux 多线程编程(二)2019-08-10
三种专门用于线程同步的机制:POSIX信号量,互斥量和条件变量.
在Linux上信号量API有两组,一组是System V IPC信号量,即PV操作,另外就是POSIX信号量,POSIX信号量的名字都是以sem_开头.
phshared参数指定信号量的类型,若其值为0,就表示这个信号量是当前进程的局部信号量,否则该信号量可以在多个进程之间共享.value值指定信号量的初始值,一般与下面的sem_wait函数相对应.
其中比较重要的函数sem_wait函数会以原子操作的方式将信号量的值减一,如果信号量的值为零,则sem_wait将会阻塞,信号量的值可以在sem_init函数中的value初始化;sem_trywait函数是sem_wait的非阻塞版本;sem_post函数将以原子的操作对信号量加一,当信号量的值大于0时,其他正在调用sem_wait等待信号量的线程将被唤醒.
这些函数成功时返回0,失败则返回-1并设置errno.
生产者消费者模型:
生产者对应一个信号量:sem_t procer;
消费者对应一个信号量:sem_t customer;
sem_init(&procer,2)----生产者拥有资源,可以工作;
sem_init(&customer,0)----消费者没有资源,阻塞;
在访问公共资源前对互斥量设置（加锁），确保同一时间只有一个线程访问数据，在访问完成后再释放（解锁）互斥量.
互斥锁的运行方式:串行访问共享资源;
信号量的运行方式:并行访问共享资源;
互斥量用pthread_mutex_t数据类型表示，在使用互斥量之前，必须使用pthread_mutex_init函数对它进行初始化，注意，使用完毕后需调用pthread_mutex_destroy.
pthread_mutex_init用于初始化互斥锁，mutexattr用于指定互斥锁的属性，若为NULL，则表示默认属性。除了用这个函数初始化互斥所外，还可以用如下方式初始化：pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER。
pthread_mutex_destroy用于销毁互斥锁，以释放占用的内核资源，销毁一个已经加锁的互斥锁将导致不可预期的后果。
pthread_mutex_lock以原子操作给一个互斥锁加锁。如果目标互斥锁已经被加锁，则pthread_mutex_lock则被阻塞，直到该互斥锁占有者把它给解锁.
pthread_mutex_trylock和pthread_mutex_lock类似，不过它始终立即返回，而不论被操作的互斥锁是否加锁，是pthread_mutex_lock的非阻塞版本.当目标互斥锁未被加锁时，pthread_mutex_trylock进行加锁操作；否则将返回EBUSY错误码。注意：这里讨论的pthread_mutex_lock和pthread_mutex_trylock是针对普通锁而言的，对于其他类型的锁，这两个加锁函数会有不同的行为.
pthread_mutex_unlock以原子操作方式给一个互斥锁进行解锁操作。如果此时有其他线程正在等待这个互斥锁，则这些线程中的一个将获得它.
三个打印机轮流打印:
输出结果:
如果说互斥锁是用于同步线程对共享数据的访问的话,那么条件变量就是用于在线程之间同步共享数据的值.条件变量提供了一种线程之间通信的机制:当某个共享数据达到某个值时,唤醒等待这个共享数据的线程.
条件变量会在条件不满足的情况下阻塞线程.且条件变量和互斥量一起使用，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生.
其中pthread_cond_broadcast函数以广播的形式唤醒所有等待目标条件变量的线程,pthread_cond_signal函数用于唤醒一个等待目标条件变量线程.但有时候我们可能需要唤醒一个固定的线程,可以通过间接的方法实现:定义一个能够唯一标识目标线程的全局变量,在唤醒等待条件变量的线程前先设置该变量为目标线程,然后采用广播的方式唤醒所有等待的线程,这些线程被唤醒之后都检查该变量以判断是否是自己.
采用条件变量+互斥锁实现生产者消费者模型:
运行结果:
阻塞队列+生产者消费者
运行结果:
7. Linux进程通信实验（共享内存通信，接上篇）
这一篇记录一下共享内存实验，需要linux的共享内存机制有一定的了解，同时也需要了解POSIX信号量来实现进程间的同步。可以参考以下两篇博客: https://blog.csdn.net/sicofield/article/details/10897091
https://blog.csdn.net/ljianhui/article/details/10253345
实验要求：编写sender和receiver程序，sender创建一个共享内存并等待用户输入，然后把输入通过共享内存发送给receiver并等待，receiver收到后把消息显示在屏幕上并用同样方式向sender发送一个over，然后两个程序结束运行。
这个实验的难点主要在于共享内存的创建和撤销（涉及到的步骤比较多，需要理解各步骤的功能），以及实现两个进程间的相互等待（使用信号量来实现，这里使用了有名信号量）
实验心得：学习理解了linux的共享内存机制以及POSIX信号量机制。
两个实验虽然加强了对linux一些机制的理解，但是感觉对linux的学习还不够，需要继续学习。