linux進程管道

A. linux進程間通信

linux下進程間通信的幾種主要手段簡介：

一般文件的I/O函數都可以用於管道，如close、read、write等等。

實例1：用於shell

管道可用於輸入輸出重定向，它將一個命令的輸出直接定向到另一個命令的輸入。比如，當在某個shell程序（Bourne shell或C shell等）鍵入who│wc -l後，相應shell程序將創建who以及wc兩個進程和這兩個進程間的管道。

實例二：用於具有親緣關系的進程間通信

管道的主要局限性正體現在它的特點上：

有名管道的創建

小結：

管道常用於兩個方面：（1）在shell中時常會用到管道（作為輸入輸入的重定向），在這種應用方式下，管道的創建對於用戶來說是透明的；（2）用於具有親緣關系的進程間通信，用戶自己創建管道，並完成讀寫操作。

FIFO可以說是管道的推廣，克服了管道無名字的限制，使得無親緣關系的進程同樣可以採用先進先出的通信機制進行通信。

管道和FIFO的數據是位元組流，應用程序之間必須事先確定特定的傳輸"協議"，採用傳播具有特定意義的消息。

要靈活應用管道及FIFO，理解它們的讀寫規則是關鍵。

信號生命周期

信號是進程間通信機制中唯一的非同步通信機制，可以看作是非同步通知，通知接收信號的進程有哪些事情發生了。信號機制經過POSIX實時擴展後，功能更加強大，除了基本通知功能外，還可以傳遞附加信息。

可以從兩個不同的分類角度對信號進行分類：（1）可靠性方面：可靠信號與不可靠信號；（2）與時間的關繫上：實時信號與非實時信號。

(1) 可靠信號與不可靠信號

不可靠信號 ：Linux下的不可靠信號問題主要指的是信號可能丟失。

可靠信號 ：信號值位於SIGRTMIN和SIGRTMAX之間的信號都是可靠信號，可靠信號克服了信號可能丟失的問題。Linux在支持新版本的信號安裝函數sigation（）以及信號發送函數sigqueue()的同時，仍然支持早期的signal（）信號安裝函數，支持信號發送函數kill()。

對於目前linux的兩個信號安裝函數:signal()及sigaction()來說，它們都不能把SIGRTMIN以前的信號變成可靠信號（都不支持排隊，仍有可能丟失，仍然是不可靠信號），而且對SIGRTMIN以後的信號都支持排隊。這兩個函數的最大區別在於，經過sigaction安裝的信號都能傳遞信息給信號處理函數（對所有信號這一點都成立），而經過signal安裝的信號卻不能向信號處理函數傳遞信息。對於信號發送函數來說也是一樣的。

(2) 實時信號與非實時信號

前32種信號已經有了預定義值，每個信號有了確定的用途及含義，並且每種信號都有各自的預設動作。如按鍵盤的CTRL ^C時，會產生SIGINT信號，對該信號的默認反應就是進程終止。後32個信號表示實時信號，等同於前面闡述的可靠信號。這保證了發送的多個實時信號都被接收。實時信號是POSIX標準的一部分，可用於應用進程。非實時信號都不支持排隊，都是不可靠信號；實時信號都支持排隊，都是可靠信號。

發送信號的主要函數有：kill()、raise()、 sigqueue()、alarm()、setitimer()以及abort()。

調用成功返回 0；否則，返回 -1。

sigqueue()是比較新的發送信號系統調用，主要是針對實時信號提出的（當然也支持前32種），支持信號帶有參數，與函數sigaction()配合使用。

sigqueue的第一個參數是指定接收信號的進程ID，第二個參數確定即將發送的信號，第三個參數是一個聯合數據結構union sigval，指定了信號傳遞的參數，即通常所說的4位元組值。

sigqueue()比kill()傳遞了更多的附加信息，但sigqueue()只能向一個進程發送信號。sigqueue()比kill()傳遞了更多的附加信息，但sigqueue()只能向一個進程發送信號。

inux主要有兩個函數實現信號的安裝： signal() 、 sigaction() 。其中signal()在可靠信號系統調用的基礎上實現, 是庫函數。它只有兩個參數，不支持信號傳遞信息，主要是用於前32種非實時信號的安裝；而sigaction()是較新的函數（由兩個系統調用實現：sys_signal以及sys_rt_sigaction），有三個參數，支持信號傳遞信息，主要用來與 sigqueue() 系統調用配合使用，當然，sigaction()同樣支持非實時信號的安裝。sigaction()優於signal()主要體現在支持信號帶有參數。

消息隊列就是一個消息的鏈表。可以把消息看作一個記錄，具有特定的格式以及特定的優先順序。對消息隊列有寫許可權的進程可以向中按照一定的規則添加新消息；對消息隊列有讀許可權的進程則可以從消息隊列中讀走消息。消息隊列是隨內核持續的

消息隊列的內核持續性要求每個消息隊列都在系統范圍內對應唯一的鍵值，所以，要獲得一個消息隊列的描述字，只需提供該消息隊列的鍵值即可；

消息隊列與管道以及有名管道相比，具有更大的靈活性，首先，它提供有格式位元組流，有利於減少開發人員的工作量；其次，消息具有類型，在實際應用中，可作為優先順序使用。這兩點是管道以及有名管道所不能比的。同樣，消息隊列可以在幾個進程間復用，而不管這幾個進程是否具有親緣關系，這一點與有名管道很相似；但消息隊列是隨內核持續的，與有名管道（隨進程持續）相比，生命力更強，應用空間更大。

信號燈與其他進程間通信方式不大相同，它主要提供對進程間共享資源訪問控制機制。相當於內存中的標志，進程可以根據它判定是否能夠訪問某些共享資源，同時，進程也可以修改該標志。除了用於訪問控制外，還可用於進程同步。信號燈有以下兩種類型：

int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops); semid是信號燈集ID，sops指向數組的每一個sembuf結構都刻畫一個在特定信號燈上的操作。

int semctl(int semid，int semnum，int cmd，union semun arg)
該系統調用實現對信號燈的各種控制操作，參數semid指定信號燈集，參數cmd指定具體的操作類型；參數semnum指定對哪個信號燈操作，只對幾個特殊的cmd操作有意義；arg用於設置或返回信號燈信息。

進程間需要共享的數據被放在一個叫做IPC共享內存區域的地方，所有需要訪問該共享區域的進程都要把該共享區域映射到本進程的地址空間中去。系統V共享內存通過shmget獲得或創建一個IPC共享內存區域，並返回相應的標識符。內核在保證shmget獲得或創建一個共享內存區，初始化該共享內存區相應的shmid_kernel結構注同時，還將在特殊文件系統shm中，創建並打開一個同名文件，並在內存中建立起該文件的相應dentry及inode結構，新打開的文件不屬於任何一個進程（任何進程都可以訪問該共享內存區）。所有這一切都是系統調用shmget完成的。

shmget（）用來獲得共享內存區域的ID，如果不存在指定的共享區域就創建相應的區域。shmat()把共享內存區域映射到調用進程的地址空間中去，這樣，進程就可以方便地對共享區域進行訪問操作。shmdt()調用用來解除進程對共享內存區域的映射。shmctl實現對共享內存區域的控制操作。這里我們不對這些系統調用作具體的介紹，讀者可參考相應的手冊頁面，後面的範例中將給出它們的調用方法。

註：shmget的內部實現包含了許多重要的系統V共享內存機制；shmat在把共享內存區域映射到進程空間時，並不真正改變進程的頁表。當進程第一次訪問內存映射區域訪問時，會因為沒有物理頁表的分配而導致一個缺頁異常，然後內核再根據相應的存儲管理機制為共享內存映射區域分配相應的頁表。

B. Linux進程一般可以分為哪三類

進程是正在執行的一個程序或命令，每個進程都是一個運行的實體，都有自己的地址空間，並佔用一定的系統資源。程序一旦運行就是進程。

進程可以看成程序執行的一個實例。進程是系統資源分配的獨立實體，每個進程都擁有獨立的地址空間。一個進程無法訪問另一個進程的變數和數據結構，如果想讓一個進程訪問另一個進程的資源，需要使用進程間通信，比如管道，文件，套接字等。

Linux中進程分為以下三類：

①交互進程：由一個shell啟動的進程，交互進程既可以在前台運行，也可以在後台運行。

②批處理進程：這種進程和終端沒有聯系，是一個進程序列。

③監控進程：也稱守護進程，是一個在後台運行且不受任何終端控制的特殊進程，用於執行特定的系統任務。

進程的狀態：

①可運行狀態：此時進程正在運行或者正在運行隊列中等待准備運行。

②等待狀態：此時進程在等待一個事件的發生或某種系統資源。在Linux系統中等待狀態又細分為兩種等待狀態：可中斷的等待狀態和不可中斷的等待狀態。

③暫停狀態：處於暫停狀態的進程被暫停運行。

④僵死狀態：每個進程在運行結束後都會處於僵死狀態，等待父進程調用進而釋放系統資源，處於該狀態的進程已經運行結束，但是它的父進程還沒有釋放其系統資源。

C. linux系統的進程間通信有哪幾種方式

一、方式

1、管道（Pipe）及有名管道（ mkpipe）：

管道可用於具有親緣關系進程間的通信，有名管道克服了管道沒有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它還允許無親緣關系進程間的通信；

2、信號（Signal）：

信號是比較復雜的通信方式，用於通知接受進程有某種事件發生，除了用於進程間通信外，進程還可以發送信號給進程本身。

linux除了支持Unix早期信號語義函數sigal外，還支持語義符合Posix.1標準的信號函數sigaction。

實際上，該函數是基於BSD的，BSD為了實現可靠信號機制，又能夠統一對外介面，用sigaction函數重新實現了signal函數。

3、消息隊列（Message）：

消息隊列是消息的鏈接表，包括Posix消息隊列system V消息隊列。有足夠許可權的進程可以向隊列中添加消息，被賦予讀許可權的進程則可以讀走隊列中的消息。消息隊列克服了信號承載信息量少，管道只能承載無格式位元組流以及緩沖區大小受限等缺點。

4、共享內存：

使得多個進程可以訪問同一塊內存空間，是最快的可用IPC形式。是針對其他通信機制運行效率較低而設計的。往往與其它通信機制，如信號量結合使用，來達到進程間的同步及互斥。

5、信號量（semaphore）：

主要作為進程間以及同一進程不同線程之間的同步手段。

6、套介面（Socket）：

更為一般的進程間通信機制，可用於不同機器之間的進程間通信。起初是由Unix系統的BSD分支開發出來的，但現在一般可以移植到其它類Unix系統上：Linux和System V的變種都支持套接字。

二、概念

進程間通信概念：

IPC—-InterProcess Communication

每個進程各自有不同的用戶地址空間,任何一個進程的全局變數在另一個進程中都看不到所以進程之間要交換數據必須通過內核。

在內核中開辟一塊緩沖區,進程1把數據從用戶空間拷到內核緩沖區,進程2再從內核緩沖區把數據讀走,內核提供的這種機制稱為進程間通信。

(3)linux進程管道擴展閱讀

1）無名管道:

管道是半雙工的，數據只能向一個方向流動；需要雙方通信時，需要建立起兩個管道；只能用於父子進程或者兄弟進程之間（具有親緣關系的進程）。

管道對於管道兩端的進程而言，就是一個文件，但它不是普通的文件，它不屬於某種文件系統，構成兩進程間通信的一個媒介。

數據的讀出和寫入：一個進程向管道中寫的內容被管道另一端的進程讀出。寫入的內容每次都添加在管道緩沖區的末尾，並且每次都是從緩沖區的頭部讀出數據。

2）有名管道：

不同於管道之處在於它提供一個路徑名與之關聯，以FIFO的文件形式存在於文件系統中。這樣，即使與FIFO的創建進程不存在親緣關系的進程，只要可以訪問該路徑，就能夠彼此通過FIFO相互通信（能夠訪問該路徑的進程以及FIFO的創建進程之間）。

因此，通過FIFO不相關的進程也能交換數據。值得注意的是，FIFO嚴格遵循先進先出（first in first out），對管道及FIFO的讀總是從開始處返回數據，對它們的寫則把數據添加到末尾。它們不支持諸如lseek()等文件定位操作。

D. Linux 進程間通信方式有哪些

進程間通信(IPC，Interprocess
communication)是一組編程介面，讓程序員能夠協調不同的進程，使之能在一個操作系統里同時運行，並相互傳遞、交換信息。這使得一個程序能夠在同一時間里處理許多用戶的要求。因為即使只有一個用戶發出要求，也可能導致一個操作系統中多個進程的運行，進程之間必須互相通話。IPC介面就提供了這種可能性。每個IPC方法均有它自己的優點和局限性，一般，對於單個程序而言使用所有的IPC方法是不常見的。
1、無名管道通信
無名管道(pipe)：管道是一種半雙工的通信方式，數據只能單向流動，而且只能在具有親緣關系的進程間使用，進程的親緣關系通常是指父子進程關系。
2、高級管道通信
高級管道(popen)：將另一個程序當做一個新的進程在當前程序進程中啟動，則它算是當前程序的子進程，這種方式我們稱為高級管道方式。
3、有名管道通信
有名管道(named pipe)：有名管道也是半雙工的通信方式，但是它允許無親緣關系進程間的通信。
4、消息隊列通信
消息隊列(message
queue)：消息隊列是由消息的鏈表，存放在內核中並由消息隊列標識符標識，消息隊列克服了信號傳遞信息少、管道只能承載無格式位元組流以及緩沖區大小受限等缺點。
5、信號量通信
信號量(semophore)：信號量是一個計數器，可以用來控制多個進程對共享資源的訪問，它常作為一種鎖機制，防止某進程正在訪問共享資源時，其他進程訪問該資源。因此，主要作為進程間以及同一進程內不同線程之間的同步手段。
6、信號
信號(sinal)：信號是一種比較復雜的通信方式，用於通知接收進程某個事件已經發生。
7、共享內存通信
共享內存(shared
memory)：共享內存就是映射一段能被其他進程所訪問的內存，這段共享內存由一個進程創建，但多個進程都可以訪問。共享內存是最快的IPC方式，它是針對其他進程間通信方式運行效率低而專門設計的。它往往與其他通信機制，如信號量，配合使用，來實現進程間的同步和通信。
8、套接字通信
套接字(socket)：套接字也是一種進程間通信機制，與其他通信機制不同的是，它可用於不同機器間的進程通信。

E. Linux 標准輸入輸出、重定向、管道、文件許可權、後台啟動進程命令-

IO 重定向是為了改變默握做握認輸入、輸出的位置，如默認情況下標准輸出（STDOUT），標准錯誤輸出（STDERR）都是輸出到顯示終端，如段慶對標准輸出、標准錯誤輸出改變其默認輸出位置，可重定向輸出到指定的文件中（實際工作中經常這么使用），要重定向就要配合一些語法符號。

文件或目錄的胡滾訪問許可權分為只讀、只寫、可執行三種。

修改文件許可權命令:chmod、chgrp、chown。

搞懂「文件所屬者更改及許可權的賦予」，涉及關於 chown、chmod、chgrp 命令，結合用例零基礎理解和掌握使用。

F. linux 管道原理

Linux原理的學習，我打算由淺入深，從上之下，也就是先了解個大概再逐個深入。先了解一下Linux的進程先。

一、Linux進程上下文

Linux進程上下文，我理解就是進程組成元素的集合。包括進程描述符tast_struct，正文段，數據段，棧，寄存器內容，頁表等。

1）tast_struct

它是一種數據結構，存儲著進程的描述信息，例如pid，uid，狀態，信號項，打開文件表等。是進程管理和調度的重要依據。

2）用戶棧和核心棧

顧名思義，用戶棧是進程運行在用戶態使用的棧，含有用戶態執行時候函數調用的參數，局部變數等；核心棧是該進程運行在核心態下用的棧，保存調用系統函數所用的參數和調用序列。這兩個棧的指針都保存在tast_struct結構中。

3）寄存器

保存程序計數器，狀態字，通用寄存器，棧指針。

4）頁表

線性地址到物理地址的映射

5）正文段，數據段。

二、Linux進程的狀態

Linux中進程共有5個狀態：就緒，可中斷睡眠，不可中斷睡眠，暫停，僵死。也就是說，linux不區分就緒和運行，它們統一叫做就緒態。進程所處的狀態記錄在tast_struct中。

三、進程的控制

1）進程樹的形成

計算機啟動後，BIOS從磁碟引導扇區載入系統引導程序，它將Linux系統裝入內存，並跳到內核處執行，Linux內核就執行初始化工作：初始化硬體、初始化內部數據結構、建立進程0。進程0創建進程1，進程1是以後所有創建的進程的祖先，它負責初始化所有的用戶進程。進程1創建shell進程，shell進程顯示提示符，等待命令的輸入。

2）進程的創建

任何一個用戶進程的創建都是由現有的一個進程完成的，進程的創建要經過fork和exec兩個過程。Fork是為新進程分配相應的數據結構，並將父進程的相應上下文信息復制過來。Exec是將可執行文件的正文和數據轉入內存覆蓋它原來的（從父進程復制過來的），並開始執行正文段。

3）進程的終止

系統調用exit()就可自我終結，exit釋放除了tast_struct以外的所有上下文，父進程收到子進程終結的消息後，釋放子進程的tast_struct。

4）進程的調度

進程的調度是由schele()完成的，一種情況是，當處理機從核心態向用戶態轉換之前，它會檢查調度標志是否為1，如果是1，則運行schele()，執行進程的調度。另一種情況是進程自動放棄處理機，時候進行進程調度。

進程的調度過程分為兩步，首先利用相關策略選擇要執行的進程，然後進行上下文的切換。

四、進程的通信

進程的通信策略主要有，消息，管道，消息隊列，共享存儲區和信號量。

1）信息

消息機制主要是用來傳遞進程間的軟中斷信號，通知對方發生了非同步事件。發送進程將信號（約定好的符號）發送到目標進程的tast_struct中的信號項，接收進程看到有消息後就調用相應的處理程序，注意，處理程序必須到進程執行時候才能執行，不能立即響應。

2）管道

我理解就是兩個進程使用告訴緩沖區中的一個隊列（每兩個進程一個），發送進程將數據發送到管道入口，接收進程從管道出口讀數據。

3） 消息隊列

消息隊列是操作系統維護的一個個消息鏈表，發送進程根據消息標識符將消息添加到制定隊列中，接收進程從中讀取消息。

4）共享存儲區

在內存中開辟一個區域，是個進程共享的，也就是說進程可以把它附加到自己的地址空間中，對此區域中的數據進行操作。

5）信號量

控制進程的同步。

G. linux 進程間通信的幾種方式

1管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用於具有親緣關系進程間的通信，有名管道克服了管道沒有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它還允許無親緣關系進程間的通信；
2信號（Signal）：信號是比較復雜的通信方式，用於通知接受進程有某種事件發生，除了用於進程間通信外，進程還可以發送信號給進程本身；linux除了支持Unix早期信號語義函數sigal外，還支持語義符合Posix.1標準的信號函數sigaction（實際上，該函數是基於BSD的，BSD為了實現可靠信號機制，又能夠統一對外介面，用sigaction函數重新實現了signal函數）；
3報文（Message）隊列（消息隊列）：消息隊列是消息的鏈接表，包括Posix消息隊列system V消息隊列。有足夠許可權的進程可以向隊列中添加消息，被賦予讀許可權的進程則可以讀走隊列中的消息。消息隊列克服了信號承載信息量少，管道只能承載無格式位元組流以及緩沖區大小受限等缺點。
4共享內存：使得多個進程可以訪問同一塊內存空間，是最快的可用IPC形式。是針對其他通信機制運行效率較低而設計的。往往與其它通信機制，如信號量結合使用，來達到進程間的同步及互斥。
5信號量（semaphore）：主要作為進程間以及同一進程不同線程之間的同步手段。
6套介面（Socket）：更為一般的進程間通信機制，可用於不同機器之間的進程間通信。起初是由Unix系統的BSD分支開發出來的，但現在一般可以移植到其它類Unix系統上：Linux和System V的變種都支持套接字。