第2章 进程管理4-进程通信

第2章进程管理本章主要内容进程的概念进程状态及转换进程控制及调度线程进程互斥与同步进程通信死锁进程通信进程通信低级通信：传递控制信号高级通信：传递数据软中断信号量共享存储区消息传递管道(文件)socket直接：消息缓冲队列间接：信箱在进程之间进行信息交换，包括传递信号和数据。请自行阅读教材P55-58关于进程通信的一般性介绍Linux进程s通信4软中断机制信号量机制（略）无名管道机制消息队列机制共享存储区机制Linux软中断通信5软中断是对硬件中断的一种模拟。发送软中断就是向接收进程的task_struct结构中的相应项发送一个信号。接收进程在收到软中断信号后，将按照事先的规定去执行一个软中断处理程序。软中断号发送后不会立即调相应处理程序，而是必须等到接收进程执行时才生效。进程也可以给自己发送软中断信号，以便在某些特殊情况下能转入规定好的处理程序。6Linux软中断信号Linux常见软中断信号类型，可以使用kill-l查看。7格式：signal(sig,function)sig—系统给定的软中断信号中的序号或名称function—与软中断信号关联的处理函数名，当进程在运行过程中捕捉到指定的软中断信号后，中断当前程序的执行转到该函数执行。注意：软中断信号必须提前预置，然后才可以在程序运行中捕获。软中断信号预置函数signal()8格式：intkill(pid,sig)pid—进程(组)标识符：当pid0时，将信号发给指定pid的进程；当pid=0时，将信号发给同组所有进程；当pid=-1时，将信号发给内存所有进程；当pid0时，将信号发给进程组识别码为|pid|的所有进程。sig—软中断信号的序号或名称功能：向指定进程发软中断信号sig头文件：sys/types.h,signal.h发送软中断信号函数kill9[例1]编一程序实现循环显示字符串“Hello!”，当键盘键入Ctrl+C时终止循环，显示“OK！”后结束。分析：Ctrl+C对应的软中断信号SIGINT(序号为2)，对应处理函数需终止循环显示。软中断例1intk=1;voidmain(void){while(k==1)printf(Hello!\n);//等待键入Ctrl+Cprintf(“OK!\n”);}#includesignal.hvoidint_func(intsig)//软中断处理函数{k=0;}{signal(SIGINT,int_func);//预置软中断信号处理函数}10软中断例2[例2]使用软中断实现父子进程同步，父进程先输出A，然后子进程输出B。#includesignal.hintk=1;voidfunc(intsig){k=0;}main(){intpid;pid=fork();if(pid0){printf(A\n);kill(pid,12);}elseif(pid==0){signal(12,func);while(k==1)sleep(1);printf(B\n);}}非软中断方式main(){intpid;pid=fork();if(pid0){printf(A\n);wait(0);}elseif(pid==0){printf(B\n);}}Linux无名管道通信若只触发某些行为，软中断信号机制简捷有效。若进程间需交换数据？----管道管道：用“管道”将读写进程连接在一起，写进程将数据从写入端写入，读进程将数据从读出端读出。数据量大小是系统定义的最大缓冲区字节数。系统调用接口write(pipeID[1],buf_out,size)read(pipeID[0],buf_in,size)进程A地址空间进程B地址空间输出缓冲buf_out输入缓冲buf_in管道文件创建和使用无名管道的系统调用1.创建管道格式:intpipe(intfp[2]);返回：0---正确返回，-1----错误返回参数：fp[1]为写入端，fp[0]为读出端功能：创建一个无名管道fp，fp[1]用于写，fp[0]用于读。2.读写管道----借助文件机制格式：写管道write(fp[1],buf,size);读管道read(fp[0],buf,size);参数：buf为数据缓冲区；size为l读写长度。头文件：unistd.h管道通信示例1main(){intp1,fd[2];charoutpipe[50],inpipe[50]=“Thisisamessagefromchild.”;pipe(fd);p1=fork();if(p1==0)write(fd[1],inpipe,50);//写信息到管道elseif(p10);{wait(0);//等待子进程终止read(fd[0],outpipe,50);//从管道读信息printf(%s\n,outpipe);}}父进程创建一个子进程和一个无名管道fd，子进程向管道写入“Thisisamessagefromchild!”后终止；父进程接收到子进程终止信号后从管道中读出并显示信息后结束。管道通信示例2main(){intp1,fd[2];charstr1[50],str2[50];pipe(fd);p1=fork();子进程执行的分支父进程执行的分支}父进程创建一个子进程和一个无名管道fd，子进程通过管道向父进程发送“Howareyou?”，父进程接收到消息后通过管道回送“Iamfine.”，父子进程将各自收到的消息显示出来。elseif(p10){read(fd[0],str1,50);printf(“Parentreceived:%s\n”,str1);strcpy(str2,”Iamfine.”);write(fd[1],str2,strlen(str2));}if(p1==0){strcpy(str1,”Howareyou?”);write(fd[1],str1,strlen(str1));read(fd[0],str2,50);printf(“Childreceived:%s\n”,str2);}管道通信示例2执行结果分析父进程读不到数据被阻塞了子进程把自己写入管道的数据读出来了！修改管道通信示例2若将子进程执行分析修改为：if(p1==0){strcpy(str1,”Howareyou?”);write(fd[1],str1,strlen(str1));sleep(1);read(fd[0],str2,50);printf(“Childreceived:%s\n”,str2);}父进程不变：elseif(p10){read(fd[0],str1,50);printf(“Parentreceived:%s\n”,str1);strcpy(str2,”Iamfine.”);write(fd[1],str2,strlen(str2));}请分析上述代码执行结果：先调度到父进程？先调度到子进程？无名管道通信机制特点管道中的数据是字符流，工作于单向通信方式;管道逻辑上是由系统在内存中创建的临时文件实现的，物理上则由文件系统的高速缓冲区构成;无名管道只能供创建管道的进程及其子孙进程共享；管道为临界资源，各进程对管道的访问既有同步又有互斥，需要用户自己借助同步互斥机制以及文件机制来实现对管道的访问！Linux消息缓冲队列msg_queue链表----系统所有消息队列等待发送进程pid等待接收进程pid……msg_msg*nextmsg_msg*nextmsgbufmsgbuf……………………iker_ipc_permkey……q_messagesq_receiversq_sanders一个msg_queue结构对应一个消息队列msg结构消息队列有一个称为关键字(key)的名字；收发消息前必须创建消息队列，使用消息队列描述符(msqid)来标识该消息队列。Linux消息队列系统调用19intmsgget(key_tkey,intmsgflg);intmsgctl(intmsqid,intcmd,structmsqid_ds*buf);intmsgsnd(intmsqid,structmsgbuf*msgp,size_tmsgsz,intmsgflg);sszie_tmsgrcv(intmsqid,structmsgbuf*msgp,size_tmsgsz,longmsg_typ,intmsgflg);相关头文件：sys/types.h,sys/ipc.h,sys/msg.h，stdio.h1.创建或获取消息队列格式：intmsgget(key_tkey,intmsgflag)；功能：创建或获取标识为key的消息队列，并返回队列描述符。返回：正确返回该消息队列的描述符msgid；错误返回-1。参数：key—消息队列标识符，为正整数。可由用户指定（适用于不同进程家族）；也可使用IPC_PRIVATE由系统产生key值（适用于同一进程家族）；msgflag—标志或访问方式，由操作权限和控制命令进行或运算得到。操作权限：用户可读0400小组可读0040其他可读0004用户可写0200小组可写0020其他可写0002控制命令：IPC_CREAT(值0001000)，若队列不存在则创建。21/*有关头文件…..*/main(){intqid;key_tkey=113;qid=msgget(key,IPC_CREAT|0666)；//创建消息队列if(qid0){perror(msgget);exit(1);}printf(createdqueueid:%d\n,qid);system(ipcs-q);//查看系统IPC的状态}创建消息队列示例2.对消息队列的控制格式：intmsgctl(intmsgid,intcmd,structmsqid_ds*buf)；功能：查询、设置消息队列的状态；撤消消息队列。返回：函数调用成功返回0，不成功返回-1。参数：msgid—该消息队列的描述符；cmd—规定命令的类型：IPC_STAT查询消息队列状态，将消息队列的msqid_ds复制到buf；IPC_SET设置或修改消息队列状态，设置有效用户、组标识、操作允许权、字节数；IPC_RMID撤消描述符为msgid的消息队列；buf—含有控制参数或查询结果的用户缓冲区的地址，可为0。/*有关头文件…..*/main(){intqid;intkey=113;qid=msgget(key,IPC_CREAT|0666)；//创建消息队列if(qid0){perror(msgget);exit(1);}printf(createdqueueid:%d\n,qid);system(“ipcs-q”);//查看系统IPC的状态if(msgctl(qid,IPC_RMID,NULL)0){perror(“msgctl”);exit(1);}system(ipcs-q);printf(successfullyremoved%dqueue\n,qid);}删除消息队列示例3.发送消息格式：intmsgsnd(intmsgid,structmsgbuf*msgp,intsize,intflag)；功能：将msgp-msgbuf中的消息复制到msgid消息队列中，将之挂到队尾，唤醒等待消息的进程。参数：msgid—执行msgget()返回的消息队列的描述符；msgp—待发送的消息;size—由msgp指向的数据结构中消息长度；flag—规定当消息队列满时应执行的动作，例如：若在flag中设置了IPC_NOWAIT，则当消息队列中的字节数超过最大值时，msgsnd立即返回，否则msgsnd睡眠。flag可置0。25/*有关头文件…..*/structmsg{longmtype;//消息类型charmtext[511];//消息正文};intmain(void){intqid,pid;structmsgpmsg;//创建消息队列qid=