进程间通信和同步

进程间通信

创建新IPC对象需指定的mode常值：

常值	说明
S_IRUSR/S_IWUSR	用户读/写
S_IRGRP/S_IWGRP	组成员读/写
S_IROTH/S_IWOTH	其他用户读/写

管道

1. 无名管道，单向数据流，常用于父子进程间通信。

int pipe(int fd[2]);

该函数返回两个文件描述符：fd[0]读，fd[1]写，即半双工管道。

2. FIFO，单向数据流，每个FIFO有一个路径名与之关联，允许无亲缘关系的进程访问同一个FIFO，也称为有名管道。

// pathname：路径名
// mode：文件权限位
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

3. 管道和FIFO属性

• 描述符可指定O_NONBLOCK标志

• 请求读出的数据量多于管道或FIFO中可用数据量，只返回可用数据量

• 请求写入的数据字节数小于或等于PIPE_BUF，那么write操作保证是原子的

• O_NONBLOCK标志的设置对write操作的原子性影响：
  待写字节小于PIPE_BUF时：
  a. 管道或FIFO中空间足，那么所有数据字节都写入；
  b. 管道或FIFO中空间不足，立即返回EAGAIN错误；
  待写字节大于PIPE_BUF时：
  c. 管道或FIFO至少有1字节空间，写入能容纳的数据字节，并返回实际写入的字节数；
  d. 管道或FIFO已满，立即返回EAGAIN错误。

• 系统对管道和FIFO的限制：
  a. OPEN_MAX：一个进程在任意时刻打开的最大描述符数，可通过limit命令修改；
  b. PIPE_BUF：可原子地写往一个管道或FIFO的最大数据量。

消息队列

消息队列具有随内核的持续性。

// 创建或打开消息队列
//oflag参数是O_RDONLY、O_WRONLY或O_RDWR之一，可按位或上O_CREAT、O_EXCL或O_NONBLOCK
//创建新队列是需指定mode和attr参数
mqd_t mq_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, struct mq_attr *attr);
// 关闭消息队列，但依然存在于系统中
int mq_close(mqd_t mqdes);
// 减少引用计数，引用计数为0时会从系统删除消息队列
int mq_unlink(const char *name);
// 发送消息到队列，prio指定优先级，需小于MQ_PRIO_MAX
int mq_send(mqd_t mqdes, const char *ptr, size_t len, unsigned int prio);
// 从队列接收消息，priop传出参数，放置优先级
ssize_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *ptr, size_t len, unsigned int *priop);
// 异步事件通知，产生一个信号或创建一个线程来执行一个指定的函数
int mq_notify(mqd_t mqdes, const struct sigevent *notification);

共享内存区

mmap函数把一个文件或共享内存区对象映射到调用进程的地址空间。使用该函数有三个目的：

• 使用普通文件以提供内存映射I/O
• 使用特殊文件以提供匿名内存映射
• 使用shm_open以提供无亲缘关系进程间的共享内存区

void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
int munmap(void *addr, size_t len);

// 返回一个整数描述符，用作mmap的第五个参数
int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);
int shm_unlink(const char *name);
// 修改mmap后普通文件或共享内存区对象的大小
int ftruncate(int fd, off_t length);

同步

互斥锁

互斥锁静态分配static pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;；动态分配调用pthread_mutex_init函数来初始化它。

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mptr, const pthread_mutexattr_t *attr);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mptr);
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mptr);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mptr);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mptr);

条件变量

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cptr, const pthread_condattr_t *attr);
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cptr);
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cptr, pthread_mutex_t *mptr);
// 唤醒一个线程
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cptr);
// 唤醒全部线程
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cptr);
// 到时唤醒
int pthread_cond_timewait(pthread_cond_t *cptr, pthread_mutex_t *mptr, const struct timespec *abstime);

信号量

1. 有名信号量

sem_t *sem_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, unsigned int value);
int sem_close(sem_t *sem);
int sem_unlink(const char *name);
int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_trywait(sem_t *sem);
int sem_post(sem_t *sem);
int sem_getvalue(sem_t *sem, int *valp);

2. 无名信号量，又叫内存信号量

// share为0，则在同一进程的各个线程间共享，否则进程间共享
int sem_init(sem_t *sem, int shared, unsigned int value);
int sem_destroy(sem_t *sem);