【Linux】之进程间通信

0x00.概述

本文将基于linux系统介绍进程间通信的几种方式，包括匿名管道，命名管道，systemV的共享内存等，全是干货，无废话

0x01.匿名管道

匿名管道： 通过调用 pipe 函数创建的，它在内存中创建一个缓冲区，用于父子进程之间的通信。这个缓冲区通常是在内核的地址空间中分配的，而不是在文件系统中创建文件。因此，数据通过这个内存缓冲区进行传递，而不涉及真实的文件。匿名管道主要用于相关的父子进程之间的通信。

1.代码实现

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int pipefd[2];
    pipe(pipefd);

    pid_t child_pid = fork();

    if (child_pid == -1) {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    if (child_pid > 0) {
        // Parent Process
        close(pipefd[0]);  // 关闭读取端

        // 向管道写入数据
        const char *message = "Hello, Pipe!";
        write(pipefd[1], message, 13);

        close(pipefd[1]);  // 关闭写入端
    } else {
        // Child Process
        close(pipefd[1]);  // 关闭写入端

        // 从管道读取数据
        char buffer[50];
        read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));
        printf("Child Process: Received message: %s\n", buffer);

        close(pipefd[0]);  // 关闭读取端
    }

    return 0;
}

2.代码讲解

创建时pipe接收一个输出型参数，创建成功返回fd[0]和fd[1],分别对应管道的读和写端，子进程写父进程读，很好理解。

0x02.命名管道

命名管道：?通过调用 mkfifo 函数创建的，它在文件系统中创建一个特殊类型的文件。当进程使用命名管道进行通信时，数据通过文件系统的路径来传递。尽管文件系统中有一个相关的文件，但实际上，数据仍然是通过内存缓冲区传递的。但与匿名管道不同，命名管道提供了一个在文件系统中可见的标识符，允许独立的进程通过文件路径来访问这个管道

1.代码实现

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    const char *fifoPath = "/tmp/myfifo";

    // 创建命名管道
    mkfifo(fifoPath, 0666);

    // 创建子进程
    pid_t child_pid = fork();

    if (child_pid == -1) {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    if (child_pid == 0) {
        // 子进程写入数据到命名管道
        int fd = open(fifoPath, O_WRONLY);
        const char *message = "Hello, FIFO!";
        write(fd, message, strlen(message));
        close(fd);
    } else {
        // 父进程读取数据从命名管道
        int fd = open(fifoPath, O_RDONLY);
        char buffer[100];
        read(fd, buffer, sizeof(buffer));
        printf("Parent Process: Received message: %s\n", buffer);
        close(fd);

        // 等待子进程结束
        wait(NULL);

        // 删除命名管道
        unlink(fifoPath);
    }

    return 0;
}

2代码讲解

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode)

总结：命名管道就是在磁盘上中创建了一个特殊的文件，这个文件可以被打开，但是打开后不会将内存中的数据刷新到磁盘。在磁盘上就有了路径，而路径是唯一的，所以双方就可以通过文件的路径来看到同一份资源，即管道文件。

0x03管道总结

1.管道是用来进行具有血缘关系的进程进行进程间通信 （常用于父子间通信）

2.管道具有通过让进程间协同，提供了访问控制（父子进程会相互协调进行读写操作）

3.管道提供的是面向字节流式的通信服务 --- 面向字节流 --- 通过定制协议实现（父进程多次写入，子进程一次性读取）

4.管道是基于文件的，文件的生命周期是随进程的，即管道的生命周期也随进程的！（数据通过内存缓冲区传递）

5.管道是单向通信的，就是半双工通信的一种特殊方式.（一边写完另一边才能读，类似对讲坤）

0x04.SystemV

1.原理图

2.理解

1.当共享内存创建出来后，通过系统调用挂接到对应的进程当中，操作系统会给进程分配一个mm_struct上的虚拟地址空间（在堆栈之间的共享代码区），通过页表建立与物理内存的映射，从而实现对共享内存的访问

2.共享内存块不属于某个进程，而属于操作系统。

3不同于pipe和fifo通过read，write来进行通信，共享内存属于用户空间，可以直接进行内存级的读和写。

3.实现

实现共享内存间通信分为以下几步：创建共享内存，将进程挂接到共享内存，使用共享内存，分离进程与共享内存，删除共享内存

先引入头文件

创建(create)

shmget（）

第一个参数指定相同的key，调用一个类似哈希的算法ftok，求出一个相同的值

第二个参数指定共享内存的大小，一般是4096字节（页的整数倍）

第三个参数:设置选项后还可以加权限，一般是0666

1.IPC_CREATE：创建共享内存，如果底层已经存在，则获取并返回；如果不存在，则创建共享内存然后再返回，

?2.IPC_EXCL：单独使用它没有意义，一般和IPC_CREATE合起来使用，见下：

?3.IPC_CREATE | IPC_EXCL：如果底层不存在，则创建共享内存并返回；如果底层存在，则出错返回。言外之意，如果返回成功，那么一定是一个全新的内存块！

ftok()

一般用项目所在路径名和工程编号生成一个随机值

挂接（attach）

shmat()

函数接受三个参数：

shmid：共享内存段的标识符（ID），即通过调用 shmget() 函数创建共享内存时返回的 shmid。表示你想挂接哪一个共享内存。

shmaddr：共享内存段连接到进程地址空间的首地址。通常将其设置为 NULL，指示系统选择适当的地址。如果想要指定特定的地址，可以传递一个非空的地址值。但不建议这样使用。

shmflg：标志参数，用于指定连接共享内存的选项。常用的选项有：

SHM_RDONLY：以只读方式连接共享内存，不允许写入。
SHM_RND：将 shmaddr 参数忽略，系统选择一个地址以进行连接。

char* shmaddr = (char*)shmat(shmid,nullptr,SHM_RDONLY);

一般需要强转为我们需要的类型?

使用（use）

略

分离（detach）

shmdt（）

成功返回0，失败返回-1?

删除（remove）

手动删除

在终端输入ipcs -m 查看共享内存使用情况

输入ipcrm -m shmid 删除共享内存

代码删除（shmctl）

shmid：共享内存段的标识符（ID），即通过调用 shmget() 函数创建共享内存时返回的 shmid。

cmd：控制命令，用于指定要执行的操作类型。可以使用以下命令之一：

IPC_STAT：获取共享内存段的状态信息，将结果存储在 buf 参数指向的 struct shmid_ds 结构体中。
IPC_SET：设置共享内存段的状态信息，使用 buf 参数中提供的值。
IPC_RMID：删除共享内存段，将其标记为删除状态，并在释放最后一个进程的附加段之后销毁。
buf：一个指向 struct shmid_ds 结构体的指针，用于传递或接收共享内存段的状态信息。
?

    int n = shmctl(shmid,IPC_RMID,nullptr);

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