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C语言：进程间通信

news 来源：原创 2024/9/20 21:42:43

管道

又内核提供，单工，自同步机制。使用广泛。(管道必须凑齐读写双方才能够运行。)

匿名管道

/home/qt/c/linux_c/ipc/pipe

看不到管道的名称，适合有亲缘关系的进程通信。

pipe.c

       int pipe(int fildes[2]);
 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>#define BUFSIZE 1024
int main()
{pid_t pid;int ret;int pd[2];char buf[BUFSIZE];int len;ret = pipe(pd); // 0是读，1是写if(ret<0){perror("pipe()");exit(1);}pid = fork();if(pid == 0){//child read   close(pd[1]);puts("Child Begin");len = read(pd[0],buf,BUFSIZE); //如果父进程不写，那么会阻塞等待write(1,buf,len);close(pd[0]);puts("Child End");exit(1);puts("Exit");}else if(pid >0){sleep(1);// parent writeclose(pd[0]);write(pd[1],"Hello\n",6);close(pd[1]);
//        wait(NULL);exit(1);}return 0;
}

player.c 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>#define BUFSIZE 1024
int main()
{pid_t pid;int ret;int pd[2];char buf[BUFSIZE];int len;ret = pipe(pd); // 0是读，1是写if(ret<0){perror("pipe()");exit(1);}pid = fork();if(pid == 0){//child read   close(pd[1]);dup2(pd[0],0); //将管道重定向到标准输入。close(pd[0]);int fd = open("/dev/null",O_RDWR);dup2(fd,1);//关闭文件描述符1，然后文件描述符1执行 /dev/nulldup2(fd,2);execl("usr/bin/mpg123","mpg123","-",NULL);perror("excel");exit(0);}else if(pid >0){close(pd[0]);//父进程从网上收数据，在管道中写。close(pd[1]);wait(NULL);exit(0);}return 0;
}

命名管道

mkfifo namedfifo可以创建一个命名管道，文件类型为P

可以看到管道的名称，适合非亲缘关系的进程通信。

mkfifo

       int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
 

XSI ->SysV

XSI（System Interface and Headers），代表一种Unix系统的标准 XSI IPC，依托标识符和键来实现的，如同管道靠文件描述符来实现一样。包含了三种通信机制：消息队列，信号量，共享内存。

ipcs命令：可以看到 消息队列，信号量数组，共享内存的信息。

key：ftok();拿到同一个key值。

       key_t ftok(const char *pathname, int proj_id); //hash的原串+杂志。

xxxget xxxop xxxctl
xxx -> msg  sem shm

 消息队列

消息队列有缓存数据的能力，通过ulimit -a查看

主动端：先发包的一方。
被动端：先收包的一方。

/home/qt/c/linux_c/ipc/xsi/msg/basic

       int msgget(key_t key, int msgflg);
       int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
       ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,
                      int msgflg);
       int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

proto.h
#ifndef PROTO_H
#define PROTO_H#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>#define KEYPATH "/etc/services"
#define KEYPROJ 'a'
#define NAMESIZE 1024struct msg_st
{long mtype;char name[NAMESIZE];int math;int chinese;};#endif
snder.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include "proto.h"int main()
{key_t key;key = ftok(KEYPATH,KEYPROJ);if(key <0){perror("ftok()");exit(1);}int msgid;msgid = msgget(key,0);if(msgid <0){perror("msgget");exit(1);}struct msg_st sbuf;sbuf.mtype = 1;sprintf(sbuf.name,"%s","hello msg");sbuf.math = rand()%100;sbuf.chinese = rand()%100;int len;len = msgsnd(msgid,&sbuf,sizeof(sbuf) - sizeof(long),0);if(len <0){perror("msgsnd()");exit(1);}puts("OK!");
//    msgctl();return 0;
}
recv.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>#include "proto.h"int main()
{key_t key;key = ftok(KEYPATH,KEYPROJ);if(key <0){perror("ftok()");}int msgid;msgid = msgget(key,IPC_CREAT|0600 );if(msgid<0){perror("msgget");}struct msg_st rbuf;int len;while(1){len = msgrcv(msgid,&rbuf,sizeof(rbuf)-sizeof(long),0,0 );if(len <0){perror("msgrcv");}printf("NAME  = %s \n",rbuf.name);printf("MATH  = %d \n",rbuf.math);printf("CHINESE = %d \n",rbuf.chinese);}msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL);return 0;
}

命令：ipcrm 删除上述程序中产生的消息队列。ipc -q (msqid号）

消息队列ftp协议

#ifndef PROTO_H
#define PROTO_H#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>#define KEYPATH "/etc/services"
#define KEYPROJ 'a'
#define PATHSIZE 1024
#define DATASIZE 1024
enum
{MSG_PATH =1,MSG_DATA,MSG_EOT
}typedef struct msg_path_st
{long mtype; //must be MSG_PATHchar path[PATHSIZE]; //ASCII带尾0的串}msg_path_t;typedef struct msg_data_st
{long mtype;char data[DATAMAX];int datalen;}msg_data_t;typedef struct msg_eot_st
{long mtype;
}msg_eot_t;union msg_s2c_un
{long mtype; //提取公因子。msg_data_t datamsg;msg_eot_t  eotmsg;
};#endif
#ifndef PROTO_H
#define PROTO_H#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>#define KEYPATH "/etc/services"
#define KEYPROJ 'a'
#define PATHSIZE 1024
#define DATASIZE 1024
enum
{MSG_PATH =1,MSG_DATA,MSG_EOT
}typedef struct msg_path_st
{long mtype; //must be MSG_PATHchar path[PATHSIZE]; //ASCII带尾0的串}msg_path_t;typedef struct msg_s2c_st
{long mtype; /* 用MSG_DATA或者MSG_EOT进行判断*/char data[DATAMAX];int datalen;/*datalen >0 :data包datalen =0 :eot包*/
}msg_data_t;#endif

信号量

路径：c/linux_c/ipc/xsi/sem，P（取资源）V（还资源）操作。

       int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
   int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);
       int semtimedop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops,
                      const struct timespec *timeout);
       int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
 

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/wait.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>#define FILENAME  "/tmp/out"
#define PROCNUM (10)static int semid;static void P()
{struct sembuf op;op.sem_num = 0;op.sem_op = -1;op.sem_flg = 0;int ret;ret = semop(semid,&op,1);while(ret<0){if(errno != EINTR || errno != EAGAIN){perror("semop");exit(1);}}}static void V()
{struct sembuf op;int ret;op.sem_num = 0;op.sem_op = 1;op.sem_flg = 0;ret = semop(semid,&op,1);if(ret<0){perror("semop");exit(1);}
}void func_add(void);int main()
{pid_t pid;int i,j,mark;int err; semid = semget(IPC_PRIVATE,1,0600);   //匿名ipc,用于父子进程通信if(semid <0){perror("semget");exit(1);}int ret;ret = semctl(semid,0,SETVAL,1);//设置数组0下标的值为1.if(ret<0){perror("semctl");exit(1);}for(i =0;i<PROCNUM;i++){pid = fork();if(pid ==0){func_add();exit(0);}if(pid >0){}}for(i=0;i<PROCNUM;i++){wait(NULL);}semctl(semid,0,IPC_RMID);return 0;
}void func_add()
{FILE*fp;char line_buf[1024];int len_size = 1024;puts("Begin");fp = fopen(FILENAME,"r+");int fd = fileno(fp);P();fgets(line_buf,len_size,fp);fseek(fp,0,SEEK_SET);sleep(1);fprintf(fp,"%d \n",atoi(line_buf)+1);fflush(fp);V();fclose(fp);puts("End");}

共享内存

       int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
       void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
       int shmdt(const void *shmaddr);
       int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
 

#include  <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>#define MEMSIZE 1024int main(int argc,char*argv[])
{int shmid;pid_t pid;shmid = shmget(IPC_PRIVATE,MEMSIZE,0600);if(shmid<0){perror("shmget");exit(1);}pid = fork();if(pid==0){//child writechar *ptr;ptr = shmat(shmid,NULL,0); //共享内存映射。if(ptr == (void*)-1){perror("shmat");exit(1);}strcpy(ptr,"hello");shmdt(ptr); //解除映射exit(0);}if(pid >0){wait(NULL);//parent readchar *ptr;ptr = shmat(shmid,NULL,0);if(ptr == (void*)-1){perror("shmat");exit(1);}puts(ptr);shmdt(ptr);shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);exit(0);}return 0;
}

网络套接字

网络套接字又称：socket。讨论：跨主机传输要注意的问题。

大小端问题

字节序经常被分为两类：

1. Big-Endian（大端）：高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。

2.Little-Endian（小端）：低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。

对于数据 0x12345678，假设从地址0x4000开始存放，在大端和小端模式下，存放的位置分别为：

内存地址    小端模式    大端模式
0x4003    0x12    0x78
0x4002    0x34    0x56
0x4001    0x56    0x34
0x4000    0x78    0x12
采用Little-endian模式的CPU对操作数的存放方式是从低字节到高字节，而Big-endian模式对操作数的存放方式是从高字节到低字节。

小端存储后：0x78563412  大端存储后：0x12345678

字节序问题

TCP/IP各层协议将字节序定义为Big-Endian，
因此TCP/IP协议中使用的字节序通常称之为网络字节序。

通常我们说的主机序（Host Order）就是遵循Little-Endian规则

就是我们平常说的大端和小端模式：不同的CPU有不同的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫做主机序。

主机字节序：host

网络字节序：network 

相互转换：_to_ _ ：htons,htonl,ntohs,ntohl

数据对齐问题

结构体在传输数据时会进行内存对齐。解决方式是不进行数据对齐。

类型长度问题

long类型的大小没有指定，char有咩有符号也没有定义。int的大小在16位和32位长度不一样。

解决：int32_t ,uint32_t ,int64_t使用特定的数据类型。

SOCKET

socket是对TCP/IP协议的封装，它的出现只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已。socket本身并不是协议，它是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，是一组调用接口（TCP/IP网络的API函数）

“TCP/IP只是一个协议栈，就像操作系统的运行机制一样，必须要具体实现，同时还要提供对外的操作接口。
　　这个就像操作系统会提供标准的编程接口，比如win32编程接口一样。
　　TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口。

        int socket(int domain, int type, int protocol);

报式套接字

被动端：

1、取得socket
2、给socket取得地址
3、收/发消息
4、关闭socket

主动端：

1、取得socket
2、给socket取得地址(可以省略)
3、收/发消息
4、关闭socket

socket();
bind();
sendto();
recvform();
inet_pton();
inet_ntop();
getsockopt();
setsockopt();
 

netstat -anu 查看报式套接字的信息。

path:  c/linux_c/ipc/socket/udp/basic

定长实现

proto.h
#ifndef PROTO_H
#define PROTO_H#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <arpa/inet.h>#define IPSTRSIZE 128
#define NAMESIZE 11
#define RECVPORT "1989" //选择超过1024以上的端口struct msg_st
{uint8_t  name[NAMESIZE]; // 8位相当于charuint32_t math;uint32_t  chinese;
}__attribute__((packed)); //告诉编译器结构体不用对齐#endif
recv.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include "proto.h"int main()
{int sd;sd  = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); //0代表默认的协议 IPPROTO_UDPif(sd <0){perror("socket");exit(1);}int ret;struct sockaddr_in laddr;laddr.sin_family = AF_INET;laddr.sin_port = htons(atoi(RECVPORT)); // 端口号 host to network 主机序列转为网络序列inet_pton(AF_INET,"0.0.0.0",&laddr.sin_addr);  //ip地址 需要转为大整数ret = bind(sd,(void *)&laddr,sizeof(laddr)); //不同的协议族绑定的地址是不一样的，需要man 7 ip 查看。if(ret<0 ){perror("bind()");exit(1);}struct msg_st rbuf;struct sockaddr_in raddr;socklen_t raddr_len;char ipstr[IPSTRSIZE];/* raddr_len如果不初始化，那么第一次地址会出错，后续不会*/raddr_len = sizeof(raddr);while(1){recvfrom(sd,&rbuf,sizeof(rbuf),0,(void *)&raddr,&raddr_len); //recv是流式套接字，recvform是报式，需要记录对端的地址。inet_ntop(AF_INET,&raddr.sin_addr,ipstr,IPSTRSIZE);printf("---MSSSAGE FORM %s:%d---\n",ipstr, ntohs(raddr.sin_port) ); //大整数转点分式printf("NAME = %s\n",rbuf.name);//单字节传输不涉及到大段小端传输转换。printf("MATH = %d\n",ntohl( rbuf.math));printf("CHINESE = %d\n",ntohl( rbuf.chinese));}close(sd);return 0;
}
snder.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>#include "proto.h"int main(int argc,char**argv)
{if(argc<2){printf("Usage argc 2...\n");exit(1);}int sd;sd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);//     bind(); //可以省略int len;struct msg_st sbuf;struct sockaddr_in raddr;strcpy(sbuf.name,"udp test");sbuf.math = htonl( rand()%100);sbuf.chinese = htonl(rand()%100);raddr.sin_family = AF_INET;raddr.sin_port = htons(atoi(RECVPORT));inet_pton(AF_INET,argv[1],&raddr.sin_addr);len = sendto(sd,&sbuf,sizeof(sbuf),0,(void*)&raddr,sizeof(raddr) ); // tcp采用sendif(len <0){perror("sendto()");exit(1);}puts("Ok!");close(sd);return 0;
}

 变长实现

path：c/linux_c/ipc/socket/udp/var

proto.h
#ifndef PROTO_H
#define PROTO_H#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <arpa/inet.h>#define IPSTRSIZE 128
#define NAMEMAX 512-8-8  //udp包推荐长度512 - 8 抱头 - 8（已有的math和chinese） #define RECVPORT "1989" //选择超过1024以上的端口struct msg_st
{
//    uint8_t  name[NAMESIZE]; //网络传输不能传递指针。uint32_t math;uint32_t  chinese;uint8_t name[1]; //变长结构体实现。/
}__attribute__((packed)); //告诉编译器结构体不用对齐#endif
recv.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include "proto.h"int main()
{int sd;sd  = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); //0代表默认的协议 IPPROTO_UDPif(sd <0){perror("socket");exit(1);}int ret;struct sockaddr_in laddr;laddr.sin_family = AF_INET;laddr.sin_port = htons(atoi(RECVPORT)); // 端口号 host to network 主机序列转为网络序列inet_pton(AF_INET,"0.0.0.0",&laddr.sin_addr);  //ip地址 需要转为大整数ret = bind(sd,(void *)&laddr,sizeof(laddr)); //不同的协议族绑定的地址是不一样的，需要man 7 ip 查看。if(ret<0 ){perror("bind()");exit(1);}struct msg_st* rbufp;int size = sizeof(struct msg_st)+NAMEMAX-1;rbufp = malloc(rbufp);struct sockaddr_in raddr;socklen_t raddr_len;char ipstr[IPSTRSIZE];/* raddr_len如果不初始化，那么第一次地址会出错，后续不会*/raddr_len = sizeof(raddr);while(1){recvfrom(sd,rbufp,size,0,(void *)&raddr,&raddr_len); //recv是流式套接字，recvform是报式，需要记录对端的地址。inet_ntop(AF_INET,&raddr.sin_addr,ipstr,IPSTRSIZE);printf("---MSSSAGE FORM %s:%d---\n",ipstr, ntohs(raddr.sin_port) ); //大整数转点分式printf("NAME = %s\n",rbufp->name);//单字节传输不涉及到大段小端传输转换。printf("MATH = %d\n",ntohl( rbufp->math));printf("CHINESE = %d\n",ntohl( rbufp->chinese));}close(sd);return 0;
}
sender.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>#include "proto.h"int main(int argc,char**argv)
{if(argc<3){printf("Usage argc 2...\n");exit(1);}if(strlen(argv[2])>NAMEMAX){fprintf(stderr,"Name is to Long");exit(1);}int sd;sd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);//     bind(); //可以省略int len;struct msg_st* sbufp;int size = sizeof(struct msg_st)+strlen(argv[2]);sbufp =malloc(size);if(sbufp == NULL){perror("malloc()");exit(1);}struct sockaddr_in raddr;strcpy(sbufp->name,argv[2]);sbufp->math = htonl( rand()%100);sbufp->chinese = htonl(rand()%100);raddr.sin_family = AF_INET;raddr.sin_port = htons(atoi(RECVPORT));inet_pton(AF_INET,argv[1],&raddr.sin_addr);len = sendto(sd,sbufp,size,0,(void*)&raddr,sizeof(raddr) ); // tcp采用sendif(len <0){perror("sendto()");exit(1);}puts("Ok!");close(sd);return 0;
}

 多点通信

广播

path:c/linux_c/ipc/socket/udp/bcast  
man 7 socket 查看socket Options
ip ro sh：查看路由信息。
ip ro add default via 127.0.0.1：添加路由。

分为：全网广播、子网广播。默认不能够发出，需要特殊设置。

  int getsockopt(int sockfd, int level, int optname,
                      void *optval, socklen_t *optlen);
       int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,
                      const void *optval, socklen_t optlen);

int val = 1;
setsockopt(sd,SOL_SOCKET,SO_BROADCAST,&val,sizeof(val));//每一层，每一个要求需要的参数都不一样。SO_BINDTODEVICE 可以指定从哪个网卡出去。
inet_pton(AF_INET,"255.255.255.255",&raddr.sin_addr); //ip地址 255是广播

多播

组播。

流式套接字

netstat -ant 查看流式套接字的信息。

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