2.进程通信 - 技术栈

1.进程通信的概念

进程间通信的目的：

数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程。
通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它（它们）发生了某种事件（如进程终止时要通知父进程）。
资源共享：多个进程之间共享同样的资源。为了做到这一点，需要内核提供互斥和同步机制。
进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行（如 Debug 进程），此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常，并能够及时知道它的状态改变。

管道 (使用最简单)
信号 (开销最小)
共享映射区 (无血缘关系)
本地套接字 (最稳定)

2.管道

2.1无名管道-pipe

2.1.1管道特点

半双工，数据在同一时刻只能在一个方向上流动。
管道不是普通的文件，不属于某个文件系统，其只存在于内存中。
管道没有名字，只能在具有公共祖先的进程（父进程与子进程，或者两个兄弟进程，具有亲缘关系）之间使用。

#include <unistd.h>

int pipe(int pipefd[2]);
功能：创建无名管道。

参数：
pipefd : 为 int 型数组的首地址，其存放了管道的文件描述符 pipefd[0]、pipefd[1]。
```
  当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符 fd[0] 和 fd[1]。其中 fd[0] 固定用于读管道，而 fd[1] 固定用于写管道。一般文件 I/O的函数都可以用来操作管道(lseek() 除外)。
```
返回值：
成功：0
失败：-1

#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<stdio.h>

int main()
{
int fd_pipe[2] = { 0 };
pid_t pid;
if (pipe(fd_pipe) < 0)
{// 创建管道
perror("pipe");
}
pid = fork(); // 创建进程
if (pid == 0)
{ // 子进程
char buf[] = "I am mike";
// 往管道写端写数据
write(fd_pipe[1], buf, strlen(buf));
_exit(0);
}
else if (pid > 0)
{// 父进程
wait(NULL); // 等待子进程结束，回收其资源
char str[50] = { 0 };
// 从管道里读数据
read(fd_pipe[0], str, sizeof(str));
printf("str=[%s]\n", str); // 打印数据
}
return 0;
}

2.1.3读写特点

读管道：

管道中有数据，read返回实际读到的字节数。
管道中无数据：
- 管道写端被全部关闭，read返回0
- 写端没有全部被关闭，read阻塞等待

写管道：

管道读端全部被关闭，进程异常终止(也可使用捕捉SIGPIPE信号，使进程终止)
管道读端没有全部关闭：
- 管道已满，write阻塞。
- 管道未满，write将数据写入，并返回实际写入的字节数。
  
  设置非阻塞方法
  //获取原来的flags
  int flags = fcntl(fd[0], F_GETFL);
  // 设置新的flags
  flag |= O_NONBLOCK;
  // flags = flags | O_NONBLOCK;
  fcntl(fd[0], F_SETFL, flags);
  
  查看管道缓冲区函数
  #include <unistd.h>
  
  long fpathconf(int fd, int name);
  功能：该函数可以通过name参数查看不同的属性值
  参数：
  fd：文件描述符
  name：
  _PC_PIPE_BUF，查看管道缓冲区大小
  _PC_NAME_MAX，文件名字字节数的上限
  返回值：
  成功：根据name返回的值的意义也不同。
  失败： -1

2.2有名管道-fifo

2.2.1特点

命名管道（FIFO）不同于无名管道之处在于它提供了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，因此，通过 FIFO 不相关的进程也能交换数据。

命名管道（FIFO)和无名管道（pipe）有一些特点是相同的，不一样的地方在于：

FIFO 在文件系统中作为一个特殊的文件而存在，但 FIFO 中的内容却存放在内存中。
当使用 FIFO 的进程退出后，FIFO 文件将继续保存在文件系统中以便以后使用。
FIFO 有名字，不相关的进程可以通过打开命名管道进行通信。

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
功能：
命名管道的创建。
参数：
pathname : 普通的路径名，也就是创建后 FIFO 的名字。
mode : 文件的权限，与打开普通文件的 open() 函数中的 mode 参数相同。(0666)
返回值：
成功：0 状态码
失败：如果文件已经存在，则会出错且返回 -1。

3.共享存储映射-mmap

3.1概念

存储映射I/O (Memory-mapped I/O) 使一个磁盘文件与存储空间中的一个缓冲区相映射。

共享内存可以说是最有用的进程间通信方式，也是最快的IPC形式, 因为进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝。

#include <sys/mman.h>

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
功能:
    一个文件或者其它对象映射进内存
参数：
    addr :  指定映射的起始地址, 通常设为NULL, 由系统指定
    length：映射到内存的文件长度
    prot：  映射区的保护方式, 最常用的 :
        a) 读：PROT_READ
        b) 写：PROT_WRITE
        c) 读写：PROT_READ | PROT_WRITE
    flags：  映射区的特性, 可以是
        a) MAP_SHARED : 写入映射区的数据会复制回文件, 且允许其他映射该文件的进程共享。
        b) MAP_PRIVATE : 对映射区的写入操作会产生一个映射区的复制(copy - on - write), 对此区域所做的修改不会写回原文件。
    fd：由open返回的文件描述符, 代表要映射的文件。
    offset：以文件开始处的偏移量, 必须是4k的整数倍, 通常为0, 表示从文件头开始映射
返回值：
    成功：返回创建的映射区首地址
    失败：MAP_FAILED宏

#include <sys/mman.h>

int munmap(void *addr, size_t length);
功能：
    释放内存映射区
参数：
    addr：使用mmap函数创建的映射区的首地址
    length：映射区的大小
返回值：
    成功：0
    失败：-1