进程间通信和同步：pipe、FIFO、消息队列、信号量、共享内存、信号

关于管道详细介绍可参考http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3560130.html。

1、管道实现父子进程间通信实例：

/* pipe.c */#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <limits.h>#include <sys/types.h>#include <errno.h>#include <stdlib.h>#define MAXLINE 1024int main(void){    int fd[2], pid;    char buf[MAXLINE];        if(pipe(fd) < 0)    {        perror("pipe error");        exit(1);    }        if((pid = fork()) < 0)    {        perror("fork error");        exit(1);    }    else if(pid == 0)    /* child */    {        close(fd[1]);    /* read from parent */                if(read(fd[0], buf, MAXLINE) < 0)        {            perror("read error");            exit(1);        }        PRintf("read from parent: %s/n", buf);    }    else            /* parent */    {        close(fd[0]);    /* send to child */                if(write(fd[1], "hello, i am your parent", 24) != 24)        {            perror("write error");            exit(1);        }        printf("send to  child OK!/n");        wait(NULL);    }}

编译运行结果：

2、管道实现父子进程间同步实例：

/* pipe_sync.c */#include <sys/types.h>#include <errno.h>#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#define    BUFSIZE    1024int fd1[2], fd2[2];char c;void tell_wait(){    if(pipe(fd1) < 0 || pipe(fd2) < 0)    {        perror("pipe error");        exit(1);        }}void tell_parent(){    if(write(fd1[1], "c", 1) != 1)    {        perror("write error");        exit(1);    }}void wait_parent(){    if(read(fd2[0], &c, 1) != 1)    {        perror("read error");        exit(1);    }    if(c != 'p')    {        printf("wait_parent: invalid data/n");        exit(1);    }}void tell_child(){    if(write(fd2[1], "p", 1) != 1)    {        perror("write error");        exit(1);    }}void wait_child(){    if(read(fd1[0], &c, 1) != 1)    {        perror("read error");        exit(1);    }    if(c != 'c')    {        printf("wait_child: invalid data");        exit(1);    }}intmain(void){    int pid;    tell_wait();    if((pid = fork()) < 0)    {        perror("fork error");        exit(1);    }    else if(pid == 0)    {        printf("child: first/n");        tell_parent();    }    else    {        wait_child();        printf("parent: after child/n");    }    return(0);}

编译运行结果：

在文件系统中命名管道是以设备特殊文件的形式存在的。

不同的进程可以通过命名管道共享数据。

关于FIFO详细介绍可参考http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3561632.html。

FIFO实现进程间通信实例：

/**************************** **** FIFO server*************************************/#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <errno.h>#include <unistd.h>#include <fcntl.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#define FIFO     "/home/zhu/network/fifo/myfifo"#define OPEN_MODE    O_RDONLYintmain(void){    int fifofd;    char buf[80];

    unlink(FIFO);  /* 防止FIFO已存在 */   

 if(mkfifo(FIFO, 0777) == -1)    {        perror("mkfifo");        exit(1);    }    if((fifofd = open(FIFO, OPEN_MODE)) < 0)    {        perror("open");        exit(1);    }        read(fifofd, buf, sizeof(buf));    printf("message from client: %s/n", buf);    close(fifofd);    return(0);}

/**************************** **** FIFO client*************************************/#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <errno.h>#include <unistd.h>#include <fcntl.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#define FIFO     "/home/zhu/network/fifo/myfifo"#define OPEN_MODE    O_WRONLYintmain(void){    int fifofd;    char s[] = "hello,server!";    if((fifofd = open(FIFO, OPEN_MODE)) < 0)    {        perror("open");        exit(1);    }        write(fifofd, s, sizeof(s));    printf("write message: %s/n", s);    close(fifofd);    return(0);}

编译成功后，我们首先运行服务器（创建FIFO，等待客户发来消息，此时FIFO服务器阻塞）：

接着我们在另一个终端窗口运行客户程序，如下图所示，可以看出客户端已成功发送，服务器端也成功接收：

消息队列是内核地址空间中的内部链表，通过linux内核在各个进程之间传递内容。

关于消息队列详细介绍可参考http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3561820.html。

消息队列实现进程间通信实例：

/**********************************MSGQ server*************************************/#include <sys/msg.h>#include <sys/ipc.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <errno.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#define msqpath    "/home/zhu/network/msgqueue/msq"#define proj_id    'b'struct mymesg {    long mtype;    char mtext[512];    };int main(void){    key_t key;    int msqid;    struct msqid_ds buf;        struct mymesg msg1;    msg1.mtype = 1;    sprintf(msg1.mtext, "hello");    if((key = ftok(msqpath, proj_id)) < 0)    {        perror("ftok");        exit(1);    }    if((msqid = msgget(key, IPC_CREAT)) < 0)    {        perror("msgget");        exit(1);    }             if(msgsnd(msqid, &msg1, sizeof(msg1), IPC_NOWAIT) < 0)    {        perror("msgsnd");        exit(1);    }    printf(“send message : hello/n”);    if(msgctl(msqid, IPC_STAT, &buf) < 0)    {        perror("msgctl");        exit(1);    }    printf("message queue # of messages is: %d/n", buf.msg_qnum);    return(0);    }

/***************************************MSGQ client**************************************/#include <sys/msg.h>#include <sys/ipc.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <errno.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#define msqpath    "/home/zhu/network/msgqueue/msq"#define proj_id    'b'struct mymesg {    long mtype;    char mtext[512];    };int main(void){    key_t key;    int msqid;    struct msqid_ds buf;       struct mymesg msg1;    if((key = ftok(msqpath, proj_id)) < 0)    {        perror("ftok");        exit(1);    }    if((msqid = msgget(key, IPC_EXCL)) < 0)    {        perror("msgget");        exit(1);    }             if(msgrcv(msqid, &msg1, sizeof(msg1), 0, IPC_NOWAIT) < 0)    {        perror("msgrcv");        exit(1);    }    printf("receive message : %s/n", msg1.mtext);        if(msgctl(msqid, IPC_STAT, &buf) < 0)    {        perror("msgctl");        exit(1);    }    printf("message queue # of messages is: %d/n", buf.msg_qnum);    return(0);    }

编译后运行结果如下：

信号量是一种计数器，用来控制对多个进程共享的资源所进行的访问。它们常常被用作一个锁机制，在某个进程正在对特定资源进行访问时，信号量可以防止另一个进程去访问它。

关于信号量详细介绍可参考http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3562046.html。

信号量实现资源控制实例：

#include <sys/types.h>#include <linux/sem.h>#include <linux/ipc.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <errno.h>#include <unistd.h>#define sempath    "/home/zhu/network/semaphore/sem"#define proj_id    'c'intmain(void){    int semid, i;    key_t    key;    union semun sem, getsem;    sem.val = 3;    if((key = ftok(sempath, proj_id)) < 0)    {        perror("ftok");        exit(1);    }        if((semid = semget(key, 1, IPC_CREAT)) < 0)    {        perror("semget");        exit(1);    }        semctl(semid, 0, SETVAL, sem);        semctl(semid, 0, GETVAL, sem);        printf("# of usable semphore: %d/n", sem.val);    struct sembuf sops = {0, -1, IPC_NOWAIT};    for(i = 0; i < 4; i++)    {        printf(“%dth:”,i+1);

     fflush(stdout);        if(semop(semid, &sops, 1) < 0)        {            perror("semop");            exit(1);        }

     printf("ask for one semaphore：success！/n");    }        return(0);}

编译运行结果如下（因为我们把信号量值设置为3，所以第四次资源请求失败）：

注意，在上面的程序中，包含的头文件#include <linux/sem.h> 和#include <linux/ipc.h>。而不是#include <sys/sem.h> #include <sys/ipc.h>。否则出现“storage of size of 'sem' isn't know”的错误。详细介绍请参考http://hi.baidu.com/yuhongyangcn/item/f52545b33c1b55a1eaba93ac。

关于POSIX信号量详情可参考http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3564306.html。

注意使用POSIX信号量时，除了要包含头文件<semaphore.h>外，在编译选项中还有加上-lrt选项，否则出现“undefined reference to”这样的编译错误。

共享内存是在多个进程之间共享内存区域的一种进程间通信的方式，它是在多个进程间对内存段进行映射的方式实现内存共享的。这是最快的IPC方式。

关于共享内存详细介绍可参考http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3563712.html。

共享内存实现父子进程间通信（这里为了简化、突出共享内存的使用方式，并没有加入同步处理，而只是简单地使用sleep模拟同步）：

#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>#include <string.h>static char msg[] = "hello, share memory!";int main(void){    key_t key;    char i, *shms, *shmc;    pid_t pid;    int shmid;        key = ftok("/home/zhu/network/shmm/shm", 'a');    shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0604);    pid = fork();    if( pid > 0)    {        shms = (char *)shmat(shmid, 0, 0);        memcpy(shms, msg, strlen(msg) + 1);        sleep(5);        shmdt(shms);    }    else if(pid == 0)    {        shmc = (char *)shmat(shmid, 0, 0);        sleep(2);        printf("the content in the share memory is : %s/n", shmc);        shmdt(shmc);    }    return(0);}

信号（signal）机制是UNIX系统中最为古老的进程之间的通信机制。它用于在一个或多个进程之间传递异步信号。

关于信号详细介绍可参考http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3514157.html。