linux进程管道

A. linux进程间通信

linux下进程间通信的几种主要手段简介：

一般文件的I/O函数都可以用于管道，如close、read、write等等。

实例1：用于shell

管道可用于输入输出重定向，它将一个命令的输出直接定向到另一个命令的输入。比如，当在某个shell程序（Bourne shell或C shell等）键入who│wc -l后，相应shell程序将创建who以及wc两个进程和这两个进程间的管道。

实例二：用于具有亲缘关系的进程间通信

管道的主要局限性正体现在它的特点上：

有名管道的创建

小结：

管道常用于两个方面：（1）在shell中时常会用到管道（作为输入输入的重定向），在这种应用方式下，管道的创建对于用户来说是透明的；（2）用于具有亲缘关系的进程间通信，用户自己创建管道，并完成读写操作。

FIFO可以说是管道的推广，克服了管道无名字的限制，使得无亲缘关系的进程同样可以采用先进先出的通信机制进行通信。

管道和FIFO的数据是字节流，应用程序之间必须事先确定特定的传输"协议"，采用传播具有特定意义的消息。

要灵活应用管道及FIFO，理解它们的读写规则是关键。

信号生命周期

信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制，可以看作是异步通知，通知接收信号的进程有哪些事情发生了。信号机制经过POSIX实时扩展后，功能更加强大，除了基本通知功能外，还可以传递附加信息。

可以从两个不同的分类角度对信号进行分类：（1）可靠性方面：可靠信号与不可靠信号；（2）与时间的关系上：实时信号与非实时信号。

(1) 可靠信号与不可靠信号

不可靠信号 ：Linux下的不可靠信号问题主要指的是信号可能丢失。

可靠信号 ：信号值位于SIGRTMIN和SIGRTMAX之间的信号都是可靠信号，可靠信号克服了信号可能丢失的问题。Linux在支持新版本的信号安装函数sigation（）以及信号发送函数sigqueue()的同时，仍然支持早期的signal（）信号安装函数，支持信号发送函数kill()。

对于目前linux的两个信号安装函数:signal()及sigaction()来说，它们都不能把SIGRTMIN以前的信号变成可靠信号（都不支持排队，仍有可能丢失，仍然是不可靠信号），而且对SIGRTMIN以后的信号都支持排队。这两个函数的最大区别在于，经过sigaction安装的信号都能传递信息给信号处理函数（对所有信号这一点都成立），而经过signal安装的信号却不能向信号处理函数传递信息。对于信号发送函数来说也是一样的。

(2) 实时信号与非实时信号

前32种信号已经有了预定义值，每个信号有了确定的用途及含义，并且每种信号都有各自的缺省动作。如按键盘的CTRL ^C时，会产生SIGINT信号，对该信号的默认反应就是进程终止。后32个信号表示实时信号，等同于前面阐述的可靠信号。这保证了发送的多个实时信号都被接收。实时信号是POSIX标准的一部分，可用于应用进程。非实时信号都不支持排队，都是不可靠信号；实时信号都支持排队，都是可靠信号。

发送信号的主要函数有：kill()、raise()、 sigqueue()、alarm()、setitimer()以及abort()。

调用成功返回 0；否则，返回 -1。

sigqueue()是比较新的发送信号系统调用，主要是针对实时信号提出的（当然也支持前32种），支持信号带有参数，与函数sigaction()配合使用。

sigqueue的第一个参数是指定接收信号的进程ID，第二个参数确定即将发送的信号，第三个参数是一个联合数据结构union sigval，指定了信号传递的参数，即通常所说的4字节值。

sigqueue()比kill()传递了更多的附加信息，但sigqueue()只能向一个进程发送信号。sigqueue()比kill()传递了更多的附加信息，但sigqueue()只能向一个进程发送信号。

inux主要有两个函数实现信号的安装： signal() 、 sigaction() 。其中signal()在可靠信号系统调用的基础上实现, 是库函数。它只有两个参数，不支持信号传递信息，主要是用于前32种非实时信号的安装；而sigaction()是较新的函数（由两个系统调用实现：sys_signal以及sys_rt_sigaction），有三个参数，支持信号传递信息，主要用来与 sigqueue() 系统调用配合使用，当然，sigaction()同样支持非实时信号的安装。sigaction()优于signal()主要体现在支持信号带有参数。

消息队列就是一个消息的链表。可以把消息看作一个记录，具有特定的格式以及特定的优先级。对消息队列有写权限的进程可以向中按照一定的规则添加新消息；对消息队列有读权限的进程则可以从消息队列中读走消息。消息队列是随内核持续的

消息队列的内核持续性要求每个消息队列都在系统范围内对应唯一的键值，所以，要获得一个消息队列的描述字，只需提供该消息队列的键值即可；

消息队列与管道以及有名管道相比，具有更大的灵活性，首先，它提供有格式字节流，有利于减少开发人员的工作量；其次，消息具有类型，在实际应用中，可作为优先级使用。这两点是管道以及有名管道所不能比的。同样，消息队列可以在几个进程间复用，而不管这几个进程是否具有亲缘关系，这一点与有名管道很相似；但消息队列是随内核持续的，与有名管道（随进程持续）相比，生命力更强，应用空间更大。

信号灯与其他进程间通信方式不大相同，它主要提供对进程间共享资源访问控制机制。相当于内存中的标志，进程可以根据它判定是否能够访问某些共享资源，同时，进程也可以修改该标志。除了用于访问控制外，还可用于进程同步。信号灯有以下两种类型：

int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops); semid是信号灯集ID，sops指向数组的每一个sembuf结构都刻画一个在特定信号灯上的操作。

int semctl(int semid，int semnum，int cmd，union semun arg)
该系统调用实现对信号灯的各种控制操作，参数semid指定信号灯集，参数cmd指定具体的操作类型；参数semnum指定对哪个信号灯操作，只对几个特殊的cmd操作有意义；arg用于设置或返回信号灯信息。

进程间需要共享的数据被放在一个叫做IPC共享内存区域的地方，所有需要访问该共享区域的进程都要把该共享区域映射到本进程的地址空间中去。系统V共享内存通过shmget获得或创建一个IPC共享内存区域，并返回相应的标识符。内核在保证shmget获得或创建一个共享内存区，初始化该共享内存区相应的shmid_kernel结构注同时，还将在特殊文件系统shm中，创建并打开一个同名文件，并在内存中建立起该文件的相应dentry及inode结构，新打开的文件不属于任何一个进程（任何进程都可以访问该共享内存区）。所有这一切都是系统调用shmget完成的。

shmget（）用来获得共享内存区域的ID，如果不存在指定的共享区域就创建相应的区域。shmat()把共享内存区域映射到调用进程的地址空间中去，这样，进程就可以方便地对共享区域进行访问操作。shmdt()调用用来解除进程对共享内存区域的映射。shmctl实现对共享内存区域的控制操作。这里我们不对这些系统调用作具体的介绍，读者可参考相应的手册页面，后面的范例中将给出它们的调用方法。

注：shmget的内部实现包含了许多重要的系统V共享内存机制；shmat在把共享内存区域映射到进程空间时，并不真正改变进程的页表。当进程第一次访问内存映射区域访问时，会因为没有物理页表的分配而导致一个缺页异常，然后内核再根据相应的存储管理机制为共享内存映射区域分配相应的页表。

B. Linux进程一般可以分为哪三类

进程是正在执行的一个程序或命令，每个进程都是一个运行的实体，都有自己的地址空间，并占用一定的系统资源。程序一旦运行就是进程。

进程可以看成程序执行的一个实例。进程是系统资源分配的独立实体，每个进程都拥有独立的地址空间。一个进程无法访问另一个进程的变量和数据结构，如果想让一个进程访问另一个进程的资源，需要使用进程间通信，比如管道，文件，套接字等。

Linux中进程分为以下三类：

①交互进程：由一个shell启动的进程，交互进程既可以在前台运行，也可以在后台运行。

②批处理进程：这种进程和终端没有联系，是一个进程序列。

③监控进程：也称守护进程，是一个在后台运行且不受任何终端控制的特殊进程，用于执行特定的系统任务。

进程的状态：

①可运行状态：此时进程正在运行或者正在运行队列中等待准备运行。

②等待状态：此时进程在等待一个事件的发生或某种系统资源。在Linux系统中等待状态又细分为两种等待状态：可中断的等待状态和不可中断的等待状态。

③暂停状态：处于暂停状态的进程被暂停运行。

④僵死状态：每个进程在运行结束后都会处于僵死状态，等待父进程调用进而释放系统资源，处于该状态的进程已经运行结束，但是它的父进程还没有释放其系统资源。

C. linux系统的进程间通信有哪几种方式

一、方式

1、管道（Pipe）及有名管道（ mkpipe）：

管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信；

2、信号（Signal）：

信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身。

linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外，还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction。

实际上，该函数是基于BSD的，BSD为了实现可靠信号机制，又能够统一对外接口，用sigaction函数重新实现了signal函数。

3、消息队列（Message）：

消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

4、共享内存：

使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。

5、信号量（semaphore）：

主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。

6、套接口（Socket）：

更为一般的进程间通信机制，可用于不同机器之间的进程间通信。起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的，但现在一般可以移植到其它类Unix系统上：Linux和System V的变种都支持套接字。

二、概念

进程间通信概念：

IPC—-InterProcess Communication

每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到所以进程之间要交换数据必须通过内核。

在内核中开辟一块缓冲区,进程1把数据从用户空间拷到内核缓冲区,进程2再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程间通信。

(3)linux进程管道扩展阅读

1）无名管道:

管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道；只能用于父子进程或者兄弟进程之间（具有亲缘关系的进程）。

管道对于管道两端的进程而言，就是一个文件，但它不是普通的文件，它不属于某种文件系统，构成两进程间通信的一个媒介。

数据的读出和写入：一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。

2）有名管道：

不同于管道之处在于它提供一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存在于文件系统中。这样，即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程，只要可以访问该路径，就能够彼此通过FIFO相互通信（能够访问该路径的进程以及FIFO的创建进程之间）。

因此，通过FIFO不相关的进程也能交换数据。值得注意的是，FIFO严格遵循先进先出（first in first out），对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如lseek()等文件定位操作。

D. Linux 进程间通信方式有哪些

进程间通信(IPC，Interprocess
communication)是一组编程接口，让程序员能够协调不同的进程，使之能在一个操作系统里同时运行，并相互传递、交换信息。这使得一个程序能够在同一时间里处理许多用户的要求。因为即使只有一个用户发出要求，也可能导致一个操作系统中多个进程的运行，进程之间必须互相通话。IPC接口就提供了这种可能性。每个IPC方法均有它自己的优点和局限性，一般，对于单个程序而言使用所有的IPC方法是不常见的。
1、无名管道通信
无名管道(pipe)：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用，进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
2、高级管道通信
高级管道(popen)：将另一个程序当做一个新的进程在当前程序进程中启动，则它算是当前程序的子进程，这种方式我们称为高级管道方式。
3、有名管道通信
有名管道(named pipe)：有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
4、消息队列通信
消息队列(message
queue)：消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识，消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
5、信号量通信
信号量(semophore)：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问，它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
6、信号
信号(sinal)：信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。
7、共享内存通信
共享内存(shared
memory)：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的IPC方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。
8、套接字通信
套接字(socket)：套接字也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信。

E. Linux 标准输入输出、重定向、管道、文件权限、后台启动进程命令-

IO 重定向是为了改变默握做握认输入、输出的位置，如默认情况下标准输出（STDOUT），标准错误输出（STDERR）都是输出到显示终端，如段庆对标准输出、标准错误输出改变其默认输出位置，可重定向输出到指定的文件中（实际工作中经常这么使用），要重定向就要配合一些语法符号。

文件或目录的胡滚访问权限分为只读、只写、可执行三种。

修改文件权限命令:chmod、chgrp、chown。

搞懂“文件所属者更改及权限的赋予”，涉及关于 chown、chmod、chgrp 命令，结合用例零基础理解和掌握使用。

F. linux 管道原理

Linux原理的学习，我打算由浅入深，从上之下，也就是先了解个大概再逐个深入。先了解一下Linux的进程先。

一、Linux进程上下文

Linux进程上下文，我理解就是进程组成元素的集合。包括进程描述符tast_struct，正文段，数据段，栈，寄存器内容，页表等。

1）tast_struct

它是一种数据结构，存储着进程的描述信息，例如pid，uid，状态，信号项，打开文件表等。是进程管理和调度的重要依据。

2）用户栈和核心栈

顾名思义，用户栈是进程运行在用户态使用的栈，含有用户态执行时候函数调用的参数，局部变量等；核心栈是该进程运行在核心态下用的栈，保存调用系统函数所用的参数和调用序列。这两个栈的指针都保存在tast_struct结构中。

3）寄存器

保存程序计数器，状态字，通用寄存器，栈指针。

4）页表

线性地址到物理地址的映射

5）正文段，数据段。

二、Linux进程的状态

Linux中进程共有5个状态：就绪，可中断睡眠，不可中断睡眠，暂停，僵死。也就是说，linux不区分就绪和运行，它们统一叫做就绪态。进程所处的状态记录在tast_struct中。

三、进程的控制

1）进程树的形成

计算机启动后，BIOS从磁盘引导扇区加载系统引导程序，它将Linux系统装入内存，并跳到内核处执行，Linux内核就执行初始化工作：初始化硬件、初始化内部数据结构、建立进程0。进程0创建进程1，进程1是以后所有创建的进程的祖先，它负责初始化所有的用户进程。进程1创建shell进程，shell进程显示提示符，等待命令的输入。

2）进程的创建

任何一个用户进程的创建都是由现有的一个进程完成的，进程的创建要经过fork和exec两个过程。Fork是为新进程分配相应的数据结构，并将父进程的相应上下文信息复制过来。Exec是将可执行文件的正文和数据转入内存覆盖它原来的（从父进程复制过来的），并开始执行正文段。

3）进程的终止

系统调用exit()就可自我终结，exit释放除了tast_struct以外的所有上下文，父进程收到子进程终结的消息后，释放子进程的tast_struct。

4）进程的调度

进程的调度是由schele()完成的，一种情况是，当处理机从核心态向用户态转换之前，它会检查调度标志是否为1，如果是1，则运行schele()，执行进程的调度。另一种情况是进程自动放弃处理机，时候进行进程调度。

进程的调度过程分为两步，首先利用相关策略选择要执行的进程，然后进行上下文的切换。

四、进程的通信

进程的通信策略主要有，消息，管道，消息队列，共享存储区和信号量。

1）信息

消息机制主要是用来传递进程间的软中断信号，通知对方发生了异步事件。发送进程将信号（约定好的符号）发送到目标进程的tast_struct中的信号项，接收进程看到有消息后就调用相应的处理程序，注意，处理程序必须到进程执行时候才能执行，不能立即响应。

2）管道

我理解就是两个进程使用告诉缓冲区中的一个队列（每两个进程一个），发送进程将数据发送到管道入口，接收进程从管道出口读数据。

3） 消息队列

消息队列是操作系统维护的一个个消息链表，发送进程根据消息标识符将消息添加到制定队列中，接收进程从中读取消息。

4）共享存储区

在内存中开辟一个区域，是个进程共享的，也就是说进程可以把它附加到自己的地址空间中，对此区域中的数据进行操作。

5）信号量

控制进程的同步。

G. linux 进程间通信的几种方式

1管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信；
2信号（Signal）：信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身；linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外，还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction（实际上，该函数是基于BSD的，BSD为了实现可靠信号机制，又能够统一对外接口，用sigaction函数重新实现了signal函数）；
3报文（Message）队列（消息队列）：消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
4共享内存：使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。
5信号量（semaphore）：主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。
6套接口（Socket）：更为一般的进程间通信机制，可用于不同机器之间的进程间通信。起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的，但现在一般可以移植到其它类Unix系统上：Linux和System V的变种都支持套接字。