IPC之碎碎念

1. 亲缘进程从实践的角度来看是始于SHELL登录界面以及由该界面登录后派生的所有进程。

2. linux 文件系统可以分为内核层文件系统和应用层文件系统， 通常的文件系统概念是立足于内核的，内核支配和管理着文件系统，主要针对于superblock,group description,inode bitmap,inode,data bitmap, data进行有效管理，也维护文件系统在内存中的元数据，这些元数据是即将或者在某个时刻由内核刷入给后备存储器的，它涵盖了上述内核管理文件系统的信息。linux 同样存在应用层的文件系统， 如proc,sys,debugfs,tmpfs,usbfs等等，它们主要的应用是从内核读取内核信息和配置一些内核参数。

　进程间的通信若使用文件系统作为依托，那么进程间的访问时刻要由内核管理来自进程间的请求，反复进行内核空间的切换，开销是可观的，但安全性确是完好的。

3. IPC对象从持续性角度分为两种： 进程持续性和内核持续性；进程持续性体现在应用层进程管理，不涉及到内核对该对象的管理，当进程消亡的时候，IPC对象也就消失了，举出的IPC类型有互斥锁，读写锁，信号量，无名管道，基于内存的信号灯。内核持续性体现在内核对这些IPC对象变量进行管理，进程的IPC操作需要深入到内核来进行对象通信，只有在内核自举或者显式地关闭它时，才会释放IPC对象，举出的IPC类型有消息队列，有名管道FIFO，二值信号灯，PV操作，共享内存区，消息队列。
    IPC对象从标识角度分两种：IPC有名和IPC无名， 前者是指内核根据文件系统选定某个文件路径来进行标识访问的； 后者是指是指内核分配的某个键值作为标识符进行访问，该键值是存在于内存当中的（通常是在内核层）。

4. 在创建file description(fd)时候，需要的一些参数O_CREAT, O_EXCL,O_RDONLY,O_WRONLY,O_RDWR.注意都是以O_xxx开头的。

    在访问权限(mode)检查的时候，需要的参数为S_IRUSER/S_IWUSER(用户),S_IRGRP/S_IWGRP(组),S_IROTH/S_IWOTH(其他)。注意都是以S_Ixxx,常用S_ISxxx函数来检查具体的值。
    在创建IPC对象的时候，有类似于fd的参数，对应为IPC_PRIVATE(创建唯一的IPC对象)，IPC_EXCL(排他性创建一个IPC对象)，IPC_NOWAIT(没有可创建对象时无阻塞返回)，IPC_SET(删除结构体ipc_perm--ipc权限体)，IPC_STAT(获得ipc_perm结构体，对内部mode做访问检查)， 还有一些其他的应用参数可以详细参考./linux/ipc.h头文件。

5.管道的几个关键概念与编程

   管道是亲缘进程之间通信的方法。管道分为有名管道和无名管道，有名管道也叫FIFO，由mkfifo系统调用实现，它立足于文件节点fd描述符访问。无名管道是我们通常所述的管道，由pipe()系统调用实现，它依赖于固定整数参数，用于模仿描述符。因此有名管道是依托文件系统的随内核持续的，无名管道随进程持续的。无论是有名管道还是无名管道，在应用编程上，两者都是半双工的，如何让管道实现全双工，通常依赖于fork的复制。
    管道编程：   
    1)无名管道， 通常的方法是建立两组pipe，fork后变成四组pipe, 子进程继承父进程管道通道，选择两组管道，在此关闭多余的整数句柄，形成一条父子间的一条半双工管道，这一条管道可以命其为父读子写，我们可以用同样的方法形成另一条半双工管道，将另一条管道命其为子读父写， 这样就可以全双工了。
    2)有名管道， 通常的方法也是建立两对fd，用文件路径表示，由于mkfifo系统调用基于fd描述符，那么可以用O_xxxx参数指定哪个fd读哪个fd写，那么在fork之后，可以比无名管道更方便地建立两条半双工通道，从而形成一条全双工通信。

6. 管道使用规则
    1) 若写入管道的数据小于管道容量的上限，写入是原子的。若写入的数据大于管道容量，原子特性是不保证的。
    2) 若进程同时写入同一个管道并且写入数据均不会超过管道容量，某一个进程写入时都是原子一次性的写入，而不是两个进程交叠分部分地写入。
    3) 若管道仅剩的空间不足于存放另一个进程写入的数据，那么可以写入的数据合并之前写入的数据一起作为write的返回值，并且对无法全写入的进程报告EAGAIN错误。
    4) 若进程向一个没有打开或打开用于读的管道写入数据时候，内核发送SIGPIPE信号，一般对该信号的处理采用忽略SIG_IGN，内核返回EPIPE值给用户处理。

7. 管道概念补充：
    1) 管道是面向字节流的I/O操作，它没有记录边界，也就是说对管道的数据操作不会加入头信息标识。
    2) 管道的PIPE_BUF可以通过系统设置的，但很少这样做。
    3) 管道在最后被关闭的时候，在管道上的数据将被丢弃。

8. 消息队列posix标准：
    1) mq_atrr属性结构体记录和管理着消息队列标记，最大队列长度，每个消息长度，及其当前队列中消息的个数。(消息的集合即消息队列)。
    2) posix编程包含的常用函数为mq_open(), mq_close(),mq_getattr(), mq_setattr, mq_send(),mq_receive(),mq_notify();
    3) SIGEV_SIGNVAL表示当某个消息队列为空的时候获得某个信号通知， 注意在mq_notify处理中先注册(先调用notify)，再接受mq_receive.
    4)mq_notify机制实际上是一种异步信号通知机制，它可以在信号句柄函数中处理需要的应用；异步信号处理存在着安全函数问题，上述函数在信号句柄内部是不安全的，那么必须采用句柄标记全局变量的方式来处理notify的信号通知应用。
    5)sigprocmask(),sigsupend(&zeromask),sigpending(&zeromask), sigwait(SIG_USER,signo).扩展解决mq_notify信号句柄处理不安全函数问题。思路：i)阻塞信号->阻塞进程打开信号sigsuspend)->等待就绪。ii)设置为非阻塞，errno = EAGAIN循环监测循环接收。iii)sigwait阻塞进程直到设置的信号到来。

 9. system V 的消息队列编程与Posix类似，围绕msgid_ds数据结构进行对队列的操控，主要函数是msgget,msgctl,msgsend,msgrecv,msgclose,msgunlink, 一个systemV的队列主要是依据这些函数进行处理的。
10. 读写锁其实是一种共享-独占锁，表示可以多读但单一写，在编程过程中主要是向系统如何申请读锁，申请写锁，以及释放锁unlock.在这些锁申请之后，按照共享独占规则编排临界资源访问。读写锁常常针对文件的访问，是由内核来进行维护的。读写锁也有类似于线程互斥锁pthread_mutex方法一样的锁属性设置。

11. 线程互斥锁和读写锁均可以通过属性设置共享到不同的进程中使用。锁是保护临界资源的，条件变量是发送和等待临界资源数据是否具有可获得性（被取走和可填入）。

12. 记录锁是以fcntl文件控制来实现锁的，它主要针对文件来进行互斥操作，依赖于flock数据结构，并且他可以对文件内部区域段进行上锁，由此引出劝告性锁和强制性锁。劝告性锁主要立足于文件的不同区段可以被多个进程同时访问，但系统建议性地不要这样处理文件但还是允许的，因为他们之间可能存在潜在风险；强制性锁主要立足于read/write的时机，也就是使用强制锁，在每次读写的时候会检查是否有其他的锁干扰或者干扰其他的锁，从而搅混文件的访问。

13. posix 信号量是二值信号量也称为PV信号值，根本原理是检查一个数值是否为0，若是，则将当前进程挂起，等待另一个进程发送信号到来。若大于0，将该值减一，使用临界段。使用完临界段之后，发送一个信号量，将该数值加1。当中的0和1的变化，就是二值。信号量遵从上面的“测试并减一”规则。 posix信号量主要函数为sem_open,close,wait,post,getvalue。

    posix信号量主要分为两种实现方式：一是有名信号量，即立足于文件系统里面某个路径文件，它是随内核的；另一个是基于共享内存的，它分两种方向，一是一个进程中的多个线程，由于线程是共用进程空间的，那么从这个共用的空间划出某个值给多个线程进行互斥，由于是在进程内，那么当然它在此可以视为随进程的了。二是多个进程采用共享内存方式，让多个进程使用同一共享的内存区，对它划出某个值给多个进程使用作为互斥，当然由于是分化出共享内存，这必然就是随内核的了。

14. posix信号量是二值或者是计数信号，SystemV信号量扩展了这种能力，即描述为一个或多个信号量的集合，简称为信号集。对systemV的信号操作正是由于维护和管理这个集合而增加了许多复杂性，从程序设计的角度来讲，主要关注以下几个数据结构： semid_ds(类似于消息队列msgid_ds),当中有perm权限设置，以及sem结构体还有创建时间与访问修改时间； sem结构体，当中有semval信号量值，这是外界可修改的用于标识信号量当前值的变量，还有指向信号集的指针sem_base用于指向具体的一个信号量； sembuf结构体，当中有semval,它类似于sem结构体的semval,有semnum标识使用信号集哪个信号量，以及semflag常设置为SEM_UNDO; semun联合体通常要自己定义，比如定义用于初始化信号量值的变量，定义semis_ds结构体指针来记录当前进程使用信号的各种信息等。那么如何处理上述结构体是这些函数要做的事情：semget()从内核维护的semid_ds中创建或者获取一个信号集;semctl()函数控制信号量集合的行为如初始化信号量值，主要针联合体semun;semop()函数用于修改信号量集的工作行为如预备何值为互斥起始(wait)何值为互斥完成(post)，主要针对结构体sembuf.

15. 内存共享是随内核的，内核维护并管理着这个划分出来的内存空间，这个内存空间是在用户层的，进程间不需要显式地通过内核进行数据交换。内存共享编程主要出发点是建立共享空间对象，再对该对象描述符进行mmap映射。systemV和posix共享空间的编程有一套完整的可直接用的函数接口。