11_进程间通信
进程间通信(补充材料)
• msgp //用来存放欲接收消息的用户数据结构的地址
• size //指示msgp中数据数组的大小
• type //为0接收该队列的第一个消息；为正，接收类型为 type的第一个消息；为负，接收小于或等于type绝对值 的最低类型的第一个消息
• flag //规定倘若该队列无消息，核心应当做什么事。若设 置 IPC_NOWAIT ， 则 立 即 返 回 ； 若 在 flag 中 设 置 MSG_NOERROR，且所接收的消息大学大于size，核心 截断所接收的消息。
1. Linux的共享存储区
• 创建或打开共享存储区(shmget)：依据用户给出的整数值key， 创建新区或打开现有区，返回一个共享存储区ID。
• 连接共享存储区(shmat)：连接共享存储区到本进程的地址空间， 可以指定虚拟地址或由系统分配，返回共享存储区首地址。父 进程已连接的共享存储区可被fork创建的子进程继承。
• 拆除共享存储区连接(shmdt)：拆除共享存储区与本进程地址空 间的连接。
• 共享存储区控制(shmctl)：对共享存储区进行控制。如：共享存 储区的删除需要显式调用shmctl(shmid, IPC_RMID, 0)；
• 头文件：sys/types.h, /sys/ipc.h, sys/shm.h
• flag // 本 身 由 操 作 允 许 权 和 控 制 命 令 值 相
“或”得到，如：IPC_CREAT|0400表示是否
该队列应被创建，IPC_EXCL|0400表示该队
列的创建应是互斥的。
• msgqid是该系统调用返回的描述符，失败则 返回－1
int msgsnd(int id, struct msgbuf *msgp,
进程间通信的几种方法
进程间通信的几种方法进程间通信是计算机系统中一种非常常见的需求，它允许多个进程在不同的地址空间中共享资源，实现信息的共享以及通信。
在计算机系统中，进程间通信的方法会根据使用的网络类型以及网络的连接有所不同。
对于进程间通信的方法，一般可以分为以下几种：（一）共享内存共享内存是一种最简单的进程间通信的方式，也是当今使用最为普遍的进程间通信方法。
在此方法中，多个进程可以访问共享内存区域，这样它们就可以直接在内存中进行通信，而且支持多个进程同时读取和写入内存中的数据，能满足多样化的通信需求，从而提高了系统的效率。
但是，由于这种方法不能实现两个进程之间的“双向”通信，因此它只能适用于一些特定的应用场景，而不能满足一般的进程间通信需求。
（二）消息传递消息传递是进程之间通信的常见方法，它允许两个进程之间进行双向通信，同时还能可靠地传输数据。
在消息传递中，多个进程可以通过将自己的传输内容发送到指定的消息服务器来实现进程间通信。
消息服务器会将这些内容发送到另一个进程，以便双方进行通信。
简单的消息传递本质上是一种客户端/服务器架构，而处理多个进程之间的通信时，可以使用一种名为“发布/订阅”的模型。
在这种模型中，发送者会将消息（即发布）发布到消息服务器上，而接收者（即订阅）可以订阅消息服务器上的那些发布消息。
（三）管道（PIPES）管道是另一种常用的进程间通信模式，它可以实现进程间的双向通信。
在管道模式中，多个进程共享一个双向管道，它们可以在这个双向管道上进行双向通信，也就是说，管道的一端可以用来发送数据，另一端可以用来接收数据。
与消息传递不同，管道不需要使用额外的服务器，因此它可以更快地传输数据，但是它也有很大的局限性，无法跨越网络，仅限于同一台机器上的多个进程之间的通信。
（四）信号量信号量是一种重要的进程间通信机制，它可以用来实现同步和互斥操作，使多个进程都能够按照规定的方式来完成工作，从而实现协作和通信。
信号量原理是通过一个数值来控制多个进程对共享资源的访问，当这个数值为正时，它允许多个进程访问共享资源，当这个数值为0时，它就不允许多个进程访问共享资源。
操作系统进程通信
P1：count=R1
结果：虽然P1和P2进程各自都执行了对count加1的操作 段，但结果count只增加1。
原因分析：变量count就是临界资源，P1、P2访问count 的两个程序段就是临界区。但是两个进程同时进入了临 界区执行了。
8
19
用中断机制保证锁的安全性
用中断机制保证测试锁状态和关锁操作的原子性。
在测试锁状态前关闭中断； 如果测试不通过，开中断，然后重新测试。 如果测试通过，关锁，然后开中断，进入临界区。
优缺点：
中断关闭时间短，只两条指令。不会影响到中断处理 效率，也不会影响进程的并发特性。
不能用于多CPU系统。
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刚进入临界区： wanted_in[self] = TRUE CASE1: Wanted_in[other] == FALSE, observer == self CASE2: Wanted_in[other] == TRUE, observer == other， CASE3： Wanted_in[other] == FALSE，且 observer == other（实际上不可能出现）
不在临界区，也没参与竞争临界区：wanted_in[self] == FLASE;
参与竞争临界区，但还没有设置观察进程（刚执行完 wanted_in[self] = TRUE）：
刚设置了观察进程，但还没有执行测试进入： wanted_in[self] == TRUE
处于循环等待态： wanted_in[other] = TRUE 并且 observer == self
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2-4、锁机制的软件实现
背景：
硬件实现需要代价比较大 移植性差，依赖具体的硬件平台 在多处理环境下有些硬件实现方式不使用，如中
QT进程间通信详细介绍及QProcess机制分析
QT进程间通信详细介绍及QProcess机制分析1、QT通信机制为了更好的实现QT的信息交互，在QT系统中创建了较为完善的通信机制。
QT的通信可分为QT内部通信和外部通信两大类。
对于这两类通信机制及应用场合做如以下分析：（1）QT内部对象间通信在图形用户界面编程中，经常需要将一个窗口部件的变化通知给窗口的其它部件使其产生相应的变化。
对于这种内部对象间的通信，QT主要采用了信号和槽的机制。
这种机制是QT区别于其他GUI工具的核心机制。
在大部分的GUI工具中，通常为可能触发的每种行为通过定义回调函数来实现。
这种回调函数是一个指向函数的指针，在进行函数回调执行时不能保证所传递的函数参数类型的正确性，因此容易造成进程的崩溃。
在QT中，信号和槽的机制取代了这种繁杂的、易崩溃的对象通信机制。
信号是当对象状态改变时所发出的。
槽是用来接收发射的信号并响应相应事件的类的成员函数。
信号和槽的连接是通过connect（）函数来实现的。
例如，实现单击按钮终止应用程序运行的代码connect(button , SIGNAL(clicked()) , qApp , SLOT(quit()) );实现过程就是一个button被单击后会激发clicked信号，通过connect（）函数的连接qApp会接收到此信号并执行槽函数quit()。
在此过程中，信号的发出并不关心什么样的对象来接收此信号，也不关心是否有对象来接收此信号，只要对象状态发生改变此信号就会发出。
此时槽也并不知晓有什么的信号与自己相联系和是否有信号与自己联系，这样信号和槽就真正的实现了程序代码的封装，提高了代码的可重用性。
同时，信号和槽的连接还实现了类型的安全性，如果类型不匹配，它会以警告的方式报告类型错误，而不会使系统产生崩溃。
（2）QT与外部设备间通信QT与外部通信主要是将外部发来的消息以事件的方式进行接收处理。
外部设备将主要通过socket与QT应用程序进行连接。
进程间通信的方式有哪些？
进程间通信的⽅式有哪些？
进程间通信的⽅式有哪些？
1、进程间通讯⽅式有：管道，信号，信号量，消息队列，共享内存，套接字共六种
2、管道：管道分为有名管道和⽆名管道，其中⽆名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，⼀般⽤于两个不同进程之间的通信。
有名管道也是⼀种半双⼯的通信⽅式，但它允许⽆亲缘关系进程间的通信。
3、信号：信号是⼀种⽐较复杂的通信⽅式，信号产⽣的条件：按键、硬件异常、进程调⽤kill函数将信号发送给另⼀个进程、⽤户调⽤kill命令将信号发送给其他进程，传递的消息⽐较少⽤于通知接收进程某个时间已经发⽣
4、信号量：信号量是⼀个计数器，可以⽤来控制多个线程对共享资源的访问，它不是⽤于交换⼤批数据，⽽⽤于多线程之间的同步。
他常作为⼀种锁机制。
因此，主要作为进程间以及同⼀个进程内不同线程之间的同步⼿段
5、消息队列：消息队列是消息的链表，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特点。
6、共享内存：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。
他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。
7、套接字：套接字可⽤于不同及其间的进程通信。
流式套接字: 提供可靠的，⾯向连接的通讯流
数据包套接字：定义⼀种⽆连接的服务，通过相互独⽴的报⽂进⾏传输，是⽆序的。
实验六 进程间通信
3.2 实验内容(2)
进程的管道通信
编写程序，实现进程的管道通信：父进程使用系统调用pipe() 建立一个管道。创建两个子进程p1和p2，分别向管道个发一 条信息后结束： Child 1 is sending a message to parent. Child 2 is sending a message to parent. 父进程从管道中分别接收两个子进程发来的消息并显示在屏 幕上，然后父进程结束。要求父进程先接受子进程p1发来的 消息，然后再接收子进程p2发来的消息。
实验六 进程间通信
预备知识
Linux进程间通信 进程软中断通信
管道和消息队列
实验指导
软中断通信函数
管道通信的使用
消息队列的应用
实验目的、内容
2.1 软中断通信函数(1)
向一个进程或一组进程发送一个信号： int kill(pid, sig)
pid>0时，核心将信号发送给进程pid
理程序
2.1 软中断通信函数(2)
pid_t wait(int * status)
暂时停止目前进程的执行，直到有信号来或子进程结束
pid_t waitpid(pid_t pid, int * status, int options)
pid的取值 pid=-1时，等待任何一个子进程退出，相当于wait() pid=0时，等待进程组ID与目前进程相同的任何子进程 pid<-1时，等待进程组ID为pid绝对值的任何子进程 options有两个常数参数，可使用或运算，不用时设为0 WNOHANG：即使没有任何子进程退出，它也会立即返回 WUNTRACED：子进程进入暂停执行状态并马上返回，但结束 状态不予以理会
C++进程间通信的十一种方法
C++进程间通信的⼗⼀种⽅法⼀个是操作系统⽤来管理进程的内核对象。
内核对象也是系统⽤来存放关于进程的统计信息的地⽅另⼀个是地址空间，它包含所有的可执⾏模块或DLL模块的代码和数据。
它还包含动态分配的空间。
如线程堆栈和堆分配空间。
每个进程被赋予它⾃⼰的虚拟地址空间，当进程中的⼀个线程正在运⾏时，该线程可以访问只属于它的进程的内存。
属于其它进程的内存则是隐藏的，并不能被正在运⾏的线程访问。
为了能在两个进程之间进⾏通讯，由以下⼏种⽅法可供参考：1、剪贴板Clipboard: 在16位时代常使⽤的⽅式，CWnd中提供⽀持2、窗⼝消息标准的Windows消息以及专⽤的WM_COPYDATA消息 SENDMESSAGE()接收端必须有⼀个窗⼝3、使⽤共享内存⽅式（Shared Memory)a.设定⼀块共享内存区域HANDLE CreateFileMapping(HANDLE,LPSECURITY_ATTRIBUTES, DWORD, DWORD, DWORD, LPCSTR)产⽣⼀个file-mapping核⼼对象LPVOID MapViewOfFile(HANDLE hFileMappingObject,DWORD dwDesiredAcess,DWORD dwFileOffsetHigh,DWORD dwFileOffsetLow,DWORD dwNumberOfBytesToMap);得到共享内存的指针b.找出共享内存决定这块内存要以点对点（peer to peer)的形式呈现每个进程都必须有相同的能⼒，产⽣共享内存并将它初始化。
每个进程都应该调⽤CreateFileMapping(),然后调⽤GetLastError().如果传回的错误代码是ERROR_ALREADY_EXISTS,那么进程就可以假设这⼀共享内存区域已经被别的进程打开并初始化了，否则该进程就可以合理的认为⾃⼰排在第⼀位，并接下来将共享内存初始化。
进程间通信和线程间通信的几种方式
进程间通信和线程间通信的⼏种⽅式进程进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的⼀次运⾏活动，是系统进⾏资源分配和调度的基本单位，是结构的基础。
在早期⾯向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执⾏实体；在当代⾯向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。
程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。
进程是⼀个具有独⽴功能的程序关于某个数据集合的⼀次运⾏活动。
它可以申请和拥有系统资源，是⼀个动态的概念，是⼀个活动的实体。
它不只是程序的，还包括当前的活动，通过的值和处理的内容来表⽰。
进程的概念主要有两点：第⼀，进程是⼀个实体。
每⼀个进程都有它⾃⼰的地址空间，⼀般情况下，包括区域（text region）、数据区域（data region）和（stack region）。
⽂本区域存储处理器执⾏的代码；数据区域存储变量和进程执⾏期间使⽤的动态分配的内存；堆栈区域存储着活动过程调⽤的指令和本地变量。
第⼆，进程是⼀个“执⾏中的程序”。
程序是⼀个没有⽣命的实体，只有器赋予程序⽣命时（操作系统执⾏之），它才能成为⼀个活动的实体，我们称其为。
进程是具有⼀定独⽴功能的程序关于某个数据集合上的⼀次运⾏活动,进程是系统进⾏资源分配和调度的⼀个独⽴单位。
每个进程都有⾃⼰的独⽴内存空间，不同进程通过进程间通信来通信。
由于进程⽐较重量，占据独⽴的内存，所以上下⽂进程间的切换开销（栈、寄存器、虚拟内存、⽂件句柄等）⽐较⼤，但相对⽐较稳定安全。
线程线程是进程的⼀个实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是⽐进程更⼩的能独⽴运⾏的基本单位.线程⾃⼰基本上不拥有系统资源,只拥有⼀点在运⾏中必不可少的资源(如程序计数器,⼀组寄存器和栈),但是它可与同属⼀个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。
线程间通信主要通过共享内存，上下⽂切换很快，资源开销较少，但相⽐进程不够稳定容易丢失数据。
⼀个线程可以创建和撤消另⼀个线程，同⼀进程中的多个线程之间可以并发执⾏。
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owner
perms
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postgres 600
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进程间通信
概述
实现进程间通信(IPC)的方法很多，但从历史来 看，很多都不可移植，经过多年的发展，已经有 很大的统一
IPC的方法主要包括：
管道 消息队列 信号量 共享内存 套接字
管道
管道是最古老的IPC方式，在历史上，有两方面 的限制：
只能以半双工方式工作 管道的两端必须是具有公共祖先的进程
还可以通过多次调用fork在两个子进程之间连接 IPC通道
管道的一方进程应该关闭自己不需要的管道描述 符
fd[0]
fd[1]
父进程
fd[0]
fd[1]
子进程
管道 内核
从子进程到父进程的管道
fd[0] 父进程
fd[1] 子进程
管道 内核
两条规则
当管道的一端被关闭后，下列两条规则起作用
1. 当读一个写端被关闭的管道时，所有数据被读取 后，read返回0。(只要管道的写端还有进程， 就不会产生文件结束)
通过调用pipe系统调用可以创建一个无名管道 int pipe(int [2]);
由参数返回两个文件描述符：[0]为读而打开， [1]为写而打开，[1]的输出是[0]的输入
fd[0]
fd[1]
用户进程
管道 内核
使用管道
单个进程中管道基本没有什么用处
调用pipe创建管道后，再调用fork，就创建了 从父进程到子进程(或反向)的IPC通道
0x0052e2c5 360459
postgres 600
0x0052e2c6 393228
postgres 600
0x0052e2c7 425997
postgres 600
------ Message Queues --------
key
msqid
owner
perms
bytes 38207488 38207488
但最近的Unix系统大多都取消这两方面的限制， 但为了兼容性原因，很多应用我们仍然假设管道 只能以半双工方式工作
无名管道和命名管道
管道可以分为无名管道和命名管道两类
无名管道没有名字，只能工作在具有同一个祖先 进程的若干个进程中
命名管道，又叫FIFO管道，可以在任何两个进程 之间工作
无名管道
一个例子
------ Shared Memory Segments --------
key
shmid
owner
perms
0x0052e6a9 0
postgres 600
0x0052e2c1 32769
postgres 600
------ Semaphore Arrays --------
key
semid
FIFO管道的主要用途
1. 在进程之间传输数据，但不便于使用无名管道的 地方
2. 在客户进程-服务器进程之间进行通信
XSI IPC(XSI进程间通讯)
有3种IPC被称为XSI IPC：消息队列、信号量和 共享内存
XSI IPC没有使用文件系统名字空间，而是构造 了自己的名字空间
这3种IPCBiblioteka 有类似的处理方式nattch 4 4
status
nsems 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17
used-bytes messages
消息队列
消息队列可以实现不同进程之间的消息传递
消息队列组织成一个链接表
消息的接收不一定按照先进先出的顺序，也可以 按照消息的类型接收
FIFO管道(命名管道)
无名管道只能工作在具有同一个祖先进程的若干 个进程中，FIFO管道可以克服这个问题
FIFO管道是一种文件类型，可以被创建在文件系 统中，并设置相应的权限
多个进程可以通过分别以读/写方式打开该FIFO 文件进行读/写，从而达到进行管道通信的目的
int mkfifo(char *pathname, mode_t mode)
XSI IPC结构
IPC结构是在系统范围内起作用的，它不属于某 一个进程
IPC对象在文件系统中没有名字，只能使用专门 的命令和函数访问这些对象，不能通过文件描述 符来访问
IPC相关的几个命令
Unix系统提供了几个操纵IPC对象的命令
ipcs: 列出系统中的IPC对象
ipcrm: 删除指定的IPC对象
消息队列是可靠的、有流控的、面向对象的
操纵消息队列
先通过ftok取得键值key
打开或创建消息队列 int msgget(key_t key, int flag);
发送消息 int msgsnd(int id, void *p, size_t nbytes, int flag);
接收消息 ssize_t msgrcv(int id, void *p, size_t nbytes, long type, int flag);
2. 如果写一个读端被关闭的管道，则产生信号 SIGPIPE，如果忽略或捕获该信号并返回，则 write返回-1，errno设置为EPIPE
一段典型的代码
int main() {
int fd[2];
pipe(fd); if ((pid_t pid = fork()) > 0) {
close(fd[0]); write(fd[1], ....); ...... } else { close(fd[1]); read(fd[0], ....); } }
postgres 600
0x0052e6af 196614
postgres 600
0x0052e2c1 229383
postgres 600
0x0052e2c2 262152
postgres 600
0x0052e2c3 294921
postgres 600
0x0052e2c4 327690
postgres 600
标识符和键
每个内核中的IPC对象都用一个非负整数的标识 符加以引用，它是IPC对象的内部名
为了使多个合作进程能共享使用同一IPC对象， Unix使用了外部名：键。每个IPC对象都和一个 键相关联
可以调用ftok函数通过全局唯一字符串和项目ID 产生键 key_t ftok(char *path, int id);