Linux间的进程通信；以及子进程的创建

 "-----第六天-----------------------------------------------------------------------------"

 .版本控制：svn/git;

 .进程的概念：
     ）程序和进程；
         每个进程操作系统会为它分配 -4G 的虚拟内存空间（32位操作系统）； 其中0-3G为用户内存空间，进程可以对它进行读写操作； 3G - 4G 为系统内核空间，进程没有读写权限。
         进程只能读写用户空间，没有权限读写内核空间（kernel）;
     ）内存页面的概念
         操作系统是按页来管理内存的；每个页有4096个字节。
         还可以设置页面属性：如char *str = "hello",字符串在只读数据段，此时只能读，不能写。

     )进程的4种形态：-3级；  级(内核态)，最高； 3级(用户态);最低。

     ）并发：
     ）单道程序设计/多道程序设计
     ）CPU/MMU
     ）PCB：结构体；其中有一个指针指向文件描述符表；文件描述符表中存储1024个指针；已经打开的文件结构体。
         每个进程有属于自己的PCB（进程的状态描述符）；但是多个进程只有一个内核区。
 .环境变量控制
     )echo $名称；    查看该名称的环境变量。
     )查看系统的环境变量： env;
     )获取环境变量的值：char *getenv(const char* name);    获取键name环境变量的值。
     )设置环境变量：int    setenv(const char *name, const char *value, int rewrite);    将环境变量name的值设置为 value。
                     如果环境变量 name 已存在；则 rewrite 非0，覆盖原来的环境变量；rewrite为0，则不覆盖原来的环境变量。
     ）删除环境变量： void unsetenv(const char *name) 删除 name    的定义;

     )进程里可以设置自己的环境变量，避免设置在终端，影响他人。
 .环境控制原语：
     ）fork:
     )wait/waitpid
     )

 . printenv.c

 .进程的状态： 种或  种，都对。 就绪， 运行， 睡眠， 停止。

 .CPU的组成状态： 运算器，寄存器，控制器，译码器。

     操作系统完成进程调度。（cpu进行时钟周期运算）
     cpu的分时复用功能，使进程看起来像多进程。
     在单核 cpu 上，同一时间只能有一个进程处于运行状态。那么多核 cpu，就可以有多个进程处于运行状态。

 .进程原语：
     ）创建子进程。pid_t fork();    调用1次，返回两次；在父进程返回子进程的 PID, 在子进程返回0.
     ) fork()的工作进程：先调用 creat(),创建一个进程， 在调用 clone()，给子进程复制父进程的内容;
     ）pid = fork();    //此时父子进程就都出来了。
     ）pid_t getpid();  返回调用进程的PID号；
        pid_t getppid();    返回调用进程的父进程的PID号
        当在子进程中 getpid(),得到的值与 fork()父进程的返回值相等，都是这个子进程的id号
     ）父子进程：读时共享，写时复制。
     ）最大创建进程 个数;
 .    uid_t getuid(void);        //返回实际用户id；
     uid_t geteuid(void);     //返回有效用户id；
     "注意： 文件实际用户与有效用户在创建该文件的家目录下时，如果没有修改，此时是相通的。
             当文件被拷贝到root目录时，   "
     设置用户id； chmod ;   是设置用户ID。  完后效果为 -rwsr-xr-x;  s表示设置了用户ID。
             作用：当执行此文件时，执行者有效用户ID变为此文件的所有者。
             设置用户组ID： chmod ;  是设置用户ID和组ID； 效果为： -rwsrwsrwx;

 . exec族函数的使用：
     ）功能： 去磁盘中加载另一个可执行程序，用它的代码段、数据段替换掉当前可执行程序的代码段、数据段；然后从后加载的这个程序退出，被替换的程序后续代码就不执行了。（换核不换壳，）
     ）一般情况下：与 fork() 函数联合使用;。  同时exec族函数不会创建新进程， 所以该程序的　ID　不会改变。

     ）函数的返回值： 成功没有返回值，运行完毕，自己退出。
                       失败返回 -;
     ）exec族函数的规律： l(list)：命令行参数列表。  p(path): 搜索file时使用path变量。
                           v(vector):使用命令行参数数组。  e(environment):使用环境变量的数组，不使用进程原有的环境变量，设置新加载程序的环境变量;

     ）int execl(const char *path, const char *argc, ...);
     例如：execl("./bin/ls", "ls", "-l", "-a", NULL);    这几个参数的作用：其中第一个参数："./bin/ls",命令的环境变量（即所在文件），不可以改变，必须完整正确；
         "ls"：占位参数，可以随便写，一般写成该命令。（不能缺失，如果缺失了，就会把后面的命令参数变为占位参数，输出结果会出错。） "-l","-a"该命令的参数。   NULL：卫兵，执行到这里时命令结束。

 . toupper():将小写字母变为大写。

 .僵尸进程，孤儿进程：
     ）S：睡眠状态；  Z：僵尸状态；
     ）僵尸进程的产生原因：用户空间释放，内核空间的PCB没有释放，等着父进程回收。（它消耗的是内核当中的内存资源）
             即：子进程退出，父进程没有回收子进程资源（PCB），则子进程变为僵尸进程。
     ）子进程的PCB（在内核空间）没有释放,是留给父进程回收用的。只有父进程回收后，僵尸进程才会消失。
     ）杀死僵尸进程的办法是杀掉它的父进程。

   孤儿进程：父进程先于子进程结束，则子进程变为孤儿进程，子进程的变为1号进程init进程，由1号进程领养。

   "僵尸进程比孤儿进程更危险， 因为它不会自动关；，而孤儿进程会由 1 号进程领养，当它执行完毕后，会被 1 号进程回收"。
   做开发时主要避免的是僵尸进程的产生。用 wait(); waitpid(); 来避免僵尸进程的产生。

 . pid_t wait(int* status);  （阻塞函数，等待回收子进程资源；如果没有子进程，返回-）；
     ）返回值：回收的子进程的ID号，    wait(NULL);不关心子进程如何死亡，直接回收。
                                     wait(&st); 用st来保存子进程死亡时的状态。

     ）    父进程的ID与它的进程组ID相同；子进程的组ID与父进程的ID相同。
         kill - -父进程的ID(即组进程的ID)，这个进程组的所有进程都被杀死。"（注意 - 不能少）"

 .pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);    (设置非阻塞。)
     第一个参数 pid的值类型：    ） < -; 回收指定进程组内的任意子进程。（因为父进程与子进程属于统一进程组，父进程与孙子进程属于不同的进程组，但是他们有血缘关系。）
                                     -；回收任意子进程（只要有血缘关系就行。）
                                     ； 回收 当前调用 waitpid 一个进程组的所有子进程。
                                     > ; 回收指定ID的子进程。
     第二个参数：保存子进程的推出状态。

     第三个参数：WNOHANG：如果没有子进程退出，立即返回。（实现了非阻塞的 wait）.

 . 阻塞函数：非阻塞函数：在文件open(O_NONBLOCK)的时设置宏；读常规文件不会出现阻塞，当读伪文件时会出现。
         例如：阻塞读终端； 管道； 网络；

     设置非阻塞后：应设置轮询。

 "=========进程间的通信（IPC）==========================================================================================================="
 一。IPC方法：Linux环境下，多个进程间的通信，需要通过内核，在内核中开辟一块缓冲区（赋予他用户权限）；进程1把数据从用户空间拷贝到内核缓冲区，
     进程2 把数据从内核缓冲区拷读走，内核提供的这种机制称为进程间的通信(IPC)。

     进程间的通信；四种方法：.pipe管道 .fifo有名管道,.内存共享映射 .Unix Domain Socket；
     管道（使用最简单）；信号（开销最小）；共享映射区（速度最快，效率最高）； 本地套接字（最稳定）；

 二。pipe管道：
 .管道的特性：数据只能一个读，一个写，必须是一个方向。
             半双工：数据同一时刻只能有一个流向。即只能父进程写，子进程读； 或子进程写， 父进程读。
             全双工：数据同一时刻可以两个方向。
             单工：数据只能同一个方向流动。
             dup2(int oldfd, int newfd);        将第一个参数拷贝给第二个参数。
             .其本质是一个伪文件（实为内核缓冲区）
             .有两个文件描述符引用，一个读端，一个写端。
             .规定数据从管道的写端流入，从读端流出。

   管道的原理：管道实为内核使用环形队列机制，借助内核缓冲区（4K）实现的。

   管道的局限性：.数据不能自己写，自己读；
                   .管道中的数据不能反复读取，一旦读走，管道中不再存在。
                   .采用半双工通信方式，数据只能在单方向上流动。
                   .只能在有血缘关系之间的进程使用管道。
                   .只能进行单向通信，双向通信需要建立两个管道。

 . pipe()创建管道，用于有血缘关系之间的通信。（采用环形队列实现的）
     管道使用半双工通信； 创建完管道完后，确定通信方向：父写子读，或子写父读。
     如果想创建多条管道，一定要先pipe()，再fork(),使子进程得以继承管道。

     使用管道时的四种注意情况：
     ） 写段关闭，读端读完管道里的内容时；再次读，返回0，相当于读到文件末尾EOF；
     ）写端未关闭，写端无数据， 读端读完管道里的数据时，再次读，阻塞。
     ）读端关闭， 写段写管道，产生SIGPIPE信号，写进程默认情况下会终止进程。
     ）读端未读管道数据，当写段写满管道后，在此写，阻塞。
     ）使用管道，无须open，但需手动close。

     管道的缓冲区大小：.函数的方法：fpathconf(int fd, int name);  第一个参数为管道描述符；第二个参数为情况标识符。
                         .命令： ulimit -a;

 .    总结：
     .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，写端都被关闭，read返回 ，相当于读到文件末尾；
                         写端未关闭，read函数阻塞等待，（期待不久的将来会有数据到来，但此时会让出CPU资源）
     .写管道：
         .管道读端全部关闭；进程异常中止（返回一个终止信号）；
         .管道读端未关闭：
             ）管道已写满，write阻塞等待

             ）管道未写满，write将数据写入，返回实际写入的字节数;

 "==========================================================================="
 .设置非阻塞管道的两种办法：
     ）fcntl函数设置非阻塞管道；
         int flg = fcntl(fd, F_GETFD);
         flg |= O_NONBLOCK;
         fcntl(fd, F_SETFL, flg);
     ）打开文件时直接设置非阻塞；
         int fd = open("/dev/tty", O_RDWR | O_NONBLOCK);
 当读取一个非阻塞文件，但是此时没有内容，会出错，错误码为EAGAIN;
 . read() 函数的返回值四种情况；由于非阻塞设置的存在.
     .返回值 > ; 读到的字节数
     .返回值 < ; 读到文件末尾
     .返回值 == -；但是errno != EAGAIN  或 EWOULDBLOCK
         if( ret == -) {
         if(errno ==  EAGAIN)
         {
             说明文件被设置为非阻塞方式读取，此时数据没有到达。
         }
         else
         {
             失败；
         }
     }
     .返回值 == -， 但是errno == EAGAIN  或 EWOULDBLOCK；
         说明此时文件被设置为非阻塞方式读取，数据还没有到达。
 "========================================================================"
 三. fifo有名管道：解决无血缘关系的进程通信;
     .介绍：
         FIFO文件在磁盘上没有数据块，仅仅用来标识内核中的一条管道。各进程可以打开这个文件进行read/write，实际上是在写内核通道，这样就实现了进程间的通信。
     .创建fifo的方法：
         )在终端创建一个有名管道；（不常用）用命令；"mkfifo 管道名";
         ）在代码运行时创建一个有名管道；（常用）用函数；int mkfifo(const char*pathname, mode_t mode);成功返回 ，失败-；

     .利用fifo实现非血缘关系进程间通信
         .进程使用 “同一个fifo” 完成进程间通信。
         .一个进程以只读方式打开read端，一个程序以只写打开写段。
         .一根管道可以打开多个读端，多个写段。（一个写段多个读端； 或 一个读端多个写段）；

     .多种特殊情况：
         当一个写端多个读端时： 每个读端读取到的数据都不相同，因为从管道中读数据，读走之后，管道中的这个数据就不存在了；此时每个读端读到的所有内容合在一起为
                                 管道写端写入的数据
         当多个写端一个读端时， 每个写端写入的数据都会被这个读端读取出来；此时管道读到的数据为所有写端写入的数据。

 四。mmap 内存映射：

         从磁盘映射到kernel区，同时kernel区这段内存（映射占用的）开放了用户区的权限；所以进程可以进行访问

 .文件是应用于进程间通信
     ）父子进程之间
         可以用文件进行通信；
     ）非血缘关系进程间通信
         可以用文件进行通信；

 .建立映射区，完成进程间通信
     ）mmap函数；六个参数的不同意义

     ）注意事项
         .open的时候可以创建一个新文件，但是用此文件创建映射区时，大小不能为0；(可以进行文件拓展后再用来创建映射)
             mmap使用的时候经常出现总线错误，通常是由于共享文件存储空间大小引起的。

         .创建映射区的时候， 隐含着一次对文件的读操作；所以文件打开的方式只能为"读写；或读"。
           当 MAP_SHARED（对内存的修改将反应到磁盘空间）    时，要求 映射区的权限 <= 文件打开的权限。
           当 MAP_PRIVATE(对内存修改不会反应到磁盘空间)  时，此时则没有要求。（mmap中的权限是对内存的限制）;

         .映射区创建完后关闭文件按描述符，对映射区没有影响。
         ."最后一个参数，偏移量必须是4K的整数倍。"
         .munmap函数传入的地址一定要是mmap的返回地址。坚决杜绝对mmap函数的返回值进行++操作
         .mmap创建映射区出错的概率非常高，必须进行出错判断。

     ）父子进程间的mmap（用户空间独立，内核去各进程共享。）
         .先mmap创建映射区
         .再fork()共享映射区内存首地址
         .指定MAP_SHARED;（必须是 SHARED）；

     ）非血缘关系进程间通信
         .使用“同一个文件”创建映射区
         .两个进程，一个以read映射区，一个以write方式打开映射区；
         .指定 MAP_SHARED;
         ）MAP_ANONYMOUS(匿名映射); 不可以用来通信
         )/dev/zero(系统的伪文件); 不可以用来通信
     ）匿名映射
         linux 创建匿名映射：第四个参数添加 MAP_ANON或MAP__ANONYMOUS;(注意这个匿名宏，只有Linux操作系统可以使用)。

         UNIX(没有上述的匿名宏)。使用系统中的特殊文件（/dev/zero;(无限读，可以用来创建匿名映射)）

 .数据可以重复读取；（即多个读端读取一个写端，读取的内容相同，与fifo不同，取决于读取的数据）。

 "====================进程间的通信（IPC）================================================================================================"