Yuchuan_Linux_C 编程之十一 进程间通信

一、整体大纲

二、进程间通信概念及方法

 Linux环境下，进程地址空间相互独立，每个进程各自有不同的用户地址空间。任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程和进程之间不能相互访问，要交换数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲区，进程1把数据从用户空间拷到内核缓冲区，进程2再从内核缓冲区把数据读走，内核提供的这种机制称为进程间通信（IPC，InterProcess Communication）。

在进程间完成数据传递需要借助操作系统提供特殊的方法，如：文件、管道、信号、共享内存、消息队列、套接字、命名管道等。随着计算机的蓬勃发展，一些方法由于自身设计缺陷被淘汰或者弃用。现今常用的进程间通信方式有：

1）管道 (使用最简单)

2）信号 (开销最小)

3）共享映射区 (无血缘关系)

4）本地套接字 (最稳定)

三、进程间通信方法介绍

1. 管道

    （1）管道的概念：

管道是一种最基本的IPC机制，作用于有血缘关系的进程之间，完成数据传递。调用pipe系统函数即可创建一个管道。有如下特质：

1） 其本质是一个伪文件(实为内核缓冲区)

2）由两个文件描述符引用，一个表示读端，一个表示写端。

3） 规定数据从管道的写端流入管道，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。

管道的局限性：

1） 数据一旦被读走，便不在管道中存在，不可反复读取。

2） 由于管道采用半双工通信方式。因此，数据只能在一个方向上流动。

3） 只能在有公共祖先的进程间使用管道。

常见的通信方式有，单工通信、半双工通信、全双工通信。

（2）管道相关函数

创建管道

int pipe(int pipefd[2]);               成功：0；失败：-1，设置errno

函数调用成功返回r/w两个文件描述符。无需open，但需手动close。规定：fd[0] → r； fd[1] → w，就像0对应标准输入，1对应标准输出一样。向管道文件读写数据其实是在读写内核缓冲区。

管道创建成功以后，创建该管道的进程（父进程）同时掌握着管道的读端和写端。如何实现父子进程间通信呢？通常可以采用如下步骤：

                                         

1）父进程调用pipe函数创建管道，得到两个文件描述符fd[0]、fd[1]指向管道的读端和写端。

2）父进程调用fork创建子进程，那么子进程也有两个文件描述符指向同一管道。

3）父进程关闭管道读端，子进程关闭管道写端。父进程可以向管道中写入数据，子进程将管道中的数据读出。由于管道是利用环形队列实现的，数据从写端流入管道，从读端流出，这样就实现了进程间通信。

练习：父子进程使用管道通信，父写入字符串，子进程读出并打印到屏幕？

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 #include <string.h>

 int main()
 {
     int fd[];
     pipe(fd);
     pid_t pid = fork();

     if (pid == )
     {
         //子进程关闭写端
         close(fd[]);
         char buf[] = {};
         while()
         {
             memset(buf, , sizeof(buf));
             int ret = read(fd[], buf, sizeof(buf));
             if (ret == )
             {
                 printf("read over!\n");
                 break;
             }
             else if(ret > )
             {
                 write(STDOUT_FILENO,buf,ret);
             }
         }
     }
     else if (pid > )
     {
         //父进程关闭读端
         close(fd[]);
         char buf[] = {};
         int num = ;
         while()
         {
             memset(buf, , sizeof(buf));
             sprintf(buf, "data from parent %d\n", num++);
             write(fd[], buf, sizeof(buf));
             sleep();
         }
     }

     return ;
 }

 父进程写子进程读

父进程写子进程读

（3）管道的读写行为

使用管道需要注意以下4种特殊情况（假设都是阻塞I/O操作，没有设置O_NONBLOCK标志）：

1）如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了（管道写端引用计数为0），而仍然有进程从管道的读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会返回0，就像读到文件末尾一样。

2） 如果有指向管道写端的文件描述符没关闭（管道写端引用计数大于0），而持有管道写端的进程也没有向管道中写数据，这时有进程从管道读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会阻塞，直到管道中有数据可读了才读取数据并返回。

3）如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭了（管道读端引用计数为0），这时有进程向管道的写端write，那么该进程会收到信号SIGPIPE，通常会导致进程异常终止。当然也可以对SIGPIPE信号实施捕捉，不终止进程。具体方法信号章节详细介绍。

4）如果有指向管道读端的文件描述符没关闭（管道读端引用计数大于0），而持有管道读端的进程也没有从管道中读数据，这时有进程向管道写端写数据，那么在管道被写满时再次write会阻塞，直到管道中有空位置了才写入数据并返回。

    总结：

1）读管道：  1. 管道中有数据，read返回实际读到的字节数。

2. 管道中无数据：

(1) 管道写端被全部关闭，read返回0 (好像读到文件结尾)

(2) 写端没有全部被关闭，read阻塞等待(不久的将来可能有数据递达，此时会让出cpu)

2）写管道：  1. 管道读端全部被关闭， 进程异常终止(也可使用捕捉SIGPIPE信号，使进程不终止)

2. 管道读端没有全部关闭：

(1) 管道已满，write阻塞。

(2) 管道未满，write将数据写入，并返回实际写入的字节数。

练习1：使用管道实现父子进程间通信，完成：ls | wc -l。假定父进程实现ls，子进程实现wc？

注意：ls命令正常会将结果集写出到stdout，但现在会写入管道的写端；wc -l 正常应该从stdin读取数据，但此时会从管道的读端读。

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>

 int main()
 {
     int fd[];
     pipe(fd);

     pid_t pid = fork();
     if(pid == ){
         //son
         //son -- > ls
         //关闭 写端
         close(fd[]);
         //1. 先重定向
         dup2(fd[], STDIN_FILENO);//标准输入重定向到管道写端
         //2. execlp
         execlp("wc","wc","-l",NULL);
     }else if(pid > ){
         //parent
         //关闭读端
         close(fd[]);
         //1. 先重定向，标准输出重定向到管道读端
         dup2(fd[], STDOUT_FILENO);
         //2. execlp
         execlp("ls","ls",NULL);
     }

     return ;
 }

 实现父进程ls 子进程wc -l

实现父进程ls 子进程wc -l

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>

 int main()
 {
     int fd[];
     pipe(fd);

     pid_t pid = fork();
     if(pid == ){
         //son
         //son -- > ps
         //关闭 读端
         close(fd[]);
         //1. 先重定向
         dup2(fd[],STDOUT_FILENO);//标准输出重定向到管道写端
         //2. execlp
         execlp("ps","ps","aux",NULL);
     }else if(pid > ){
         //parent
         //关闭写端
         close(fd[]);
         //1. 先重定向，标准输入重定向到管道读端
         dup2(fd[],STDIN_FILENO);
         //2. execlp
         execlp("grep","grep","bash",NULL);
     }

     return ;
 }

 父子进程实现ps aux | grep bash

父子进程实现ps aux | grep bash

执行结果分析：程序执行，发现程序执行结束，shell还在阻塞等待用户输入。这是因为，shell → fork → ./pipe2， 程序pipe2的子进程将stdin重定向给管道，父进程执行的ls会将结果集通过管道写给子进程。若父进程在子进程打印wc的结果到屏幕之前被shell调用wait回收，shell就会先输出$提示符。

练习2：使用管道实现兄弟进程间通信。 兄：ls  弟： wc -l  父：等待回收子进程？要求，使用“循环创建N个子进程”模型创建兄弟进程，使用循环因子i标示。注意管道读写行为。

实现思路：父进程关闭读写端，两个子进程，一个关闭管道的读端去写，一个关闭管道的写端去读。

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>

 int main()
 {
     int fd[];
     pid_t pid;
     int n = , i = ;
     pipe(fd);

     for (i = ; i < n; i++)
     {
         pid = fork();
         if (pid == )
         {
             break;
         }
     }

     //兄弟进程
     if (i == )
     {
         printf("Brother1 pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
         //1. 关闭写端
         close(fd[]);
         //2. 先重定向
         dup2(fd[], STDIN_FILENO);//标准输入重定向到管道写端
         //3. 执行execlp
         execlp("wc","wc","-l",NULL);

     }
     //兄弟进程
     else if (i == )
     {
         printf("Brother2 pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
         //1. 关闭读端
         close(fd[]);
         //2. 先重定向，标准输出重定向到管道读端
         dup2(fd[], STDOUT_FILENO);
         //3. execlp
         execlp("ls","ls",NULL);

     }

     else if (i == )
     {
         //parent
         //父亲需要关闭读写两端
         close(fd[]);
         close(fd[]);
         //回收子进程
         wait(NULL);
         wait(NULL);
     }

     return ;
 }

 兄弟进程间实现ls | wc -l

兄弟进程间实现ls | wc -l

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

 int main()
 {
     int fd[];
     pipe(fd);
     pid_t pid;
     int n =,i = ;
     for(i = ; i < n; i ++){
         pid = fork();
         if(pid == ){
             break;
         }
     }

     //i = 0 ,代表兄长，1 - 代表弟弟，2- 父亲
     if(i == ){
         //兄长进程
         //1. 关闭读端
         close(fd[]);
         //2. 重定向
         dup2(fd[],STDOUT_FILENO);
         //3. 执行 execlp
         execlp("ps","ps","aux",NULL);

     }else if(i == ){
         //弟弟
         //1. 关闭写端
         close(fd[]);
         //2. 重定向
         dup2(fd[],STDIN_FILENO);
         //3. 执行ececlp
         execlp("grep","grep","bash",NULL);

     }else if(i == ){
         //parent
         //父亲需要关闭读写两端
         close(fd[]);
         close(fd[]);
         //回收子进程
         wait(NULL);
         wait(NULL);
     }

     return ;
 }

 兄弟进程实现ps aux | grep bash

兄弟进程实现ps aux | grep bash

测试：是否允许，一个pipe有一个写端多个读端呢？是否允许有一个读端多个写端呢？

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 #include <string.h>

 int main()
 {
     int fd[];
     pid_t pid;
     int n = , i = ;
     pipe(fd);

     for (i = ; i < n; i++)
     {
         pid = fork();
         if (pid == )
         {
             break;
         }
     }

     //兄弟进程
     if (i == )
     {
         printf("Brother1 pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
         //1. 关闭写端
         close(fd[]);
         //2. 先重定向
         dup2(fd[], STDIN_FILENO);//标准输入重定向到管道写读端
         //3. 执行execlp
         char buf[] = {};
         while()
         {
             memset(buf, , sizeof(buf));
             int ret =  read(fd[], buf, sizeof(buf));
             if (ret == )
             {
                 printf("read over");
                 break;
             }
         }
     }

     //兄弟进程
     else if (i == )
     {
         printf("Brother2 pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
         //1. 关闭读端
         close(fd[]);
         //2. 先重定向，标准输出重定向到管道读端
         dup2(fd[], STDIN_FILENO);
         char buf[] = {};
         while()
         {
             memset(buf, , sizeof(buf));
             int ret =  read(fd[], buf, sizeof(buf));
             if (ret == )
             {
                 printf("read over");
                 break;
             }
         }
     }
     //兄弟进程
     else if (i == )
     {
         printf("Brother3 pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
         //1. 关闭读端
         close(fd[]);
         //2. 先重定向，标准输出重定向到管道读端
         dup2(fd[], STDOUT_FILENO);
         //3. 写数据到写端
         int num = ;
         char buf[] = {};
         while()
         {
             memset(buf, , sizeof(buf));
             sprintf(buf, "from broth3 %d\n", num++);
             int ret = write(fd[], buf, sizeof(buf));
             if (ret == -)
             {
                 perror("write err:");
                 break;
             }
             sleep();
         }
     }
    else if (i == )
     {
         //parent
         //父亲需要关闭读写两端
         close(fd[]);
         close(fd[]);
         //回收子进程
         wait(NULL);
         wait(NULL);
         wait(NULL);
     }

     return ;
 }

 一写多读

一写多读

结论：一个写多个读会hang住。

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 #include <string.h>

 int main()
 {
     int fd[];
     pid_t pid;
     int n = , i = ;
     pipe(fd);

     for (i = ; i < n; i++)
     {
         pid = fork();
         if (pid == )
         {
             break;
         }
     }

     //兄弟进程
     if (i == )
     {
         printf("Brother1 pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
         //1. 关闭写端
         close(fd[]);
         //2. 先重定向
         dup2(fd[], STDIN_FILENO);//标准输入重定向到管道写读端
         //3. 执行execlp
         char buf[] = {};
         while()
         {
             memset(buf, , sizeof(buf));
             int ret =  read(fd[], buf, sizeof(buf));
             if (ret == )
             {
                 printf("read over");
                 break;
             }
         }
     }
     //兄弟进程
     else if (i == )
     {
         printf("Brother2 pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
         //1. 关闭读端
         close(fd[]);
         //2. 先重定向，标准输出重定向到管道读端
         dup2(fd[], STDOUT_FILENO);
         int num = ;
         char buf[] = {};
         while()
         {
             memset(buf, , sizeof(buf));
             sprintf(buf, "from broth2 %d\n", num++);
             int ret = write(fd[], buf, sizeof(buf));
             if (ret == -)
             {
                 perror("write err:");
                 break;
             }
             sleep();
         }
     }
     //兄弟进程
     else if (i == )
     {
         printf("Brother3 pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
         //1. 关闭读端
         close(fd[]);
         //2. 先重定向，标准输出重定向到管道读端
         dup2(fd[], STDOUT_FILENO);
         //3. 写数据到写端
         int num = ;
         char buf[] = {};
         while()
         {
             memset(buf, , sizeof(buf));
             sprintf(buf, "from broth3 %d\n", num++);
             int ret = write(fd[], buf, sizeof(buf));
             if (ret == -)
             {
                 perror("write err:");
                 break;
             }
             sleep();
         }
     }
     else if (i == )
     {
         //parent
         //父亲需要关闭读写两端
         close(fd[]);
         close(fd[]);
         //回收子进程
         wait(NULL);
         wait(NULL);
         wait(NULL);
     }

     return ;
 }

 多写一读

多写一读

结论：一个写多个读会hang住。

    （4）管道缓冲区大小

可以使用ulimit -a 命令来查看当前系统中创建管道文件所对应的内核缓冲区大小。通常为：

 pipe size            ( bytes, -p) 

也可以使用fpathconf函数，借助参数        选项来查看。使用该宏应引入头文件<unistd.h>

long fpathconf(int fd, int name);      成功：返回管道的大小         失败：-1，设置errno

    （5）管道优劣

优点：简单，相比信号，套接字实现进程间通信，简单很多。

缺点：1. 只能单向通信，双向通信需建立两个管道。

2. 只能用于父子、兄弟进程(有共同祖先)间通信。该问题后来使用fifo有名管道解决。

2. FIFO

FIFO常被称为有名管道，以区分管道(pipe)。管道(pipe)只能用于“有血缘关系”的进程间。但通过FIFO，不相关的进程也能交换数据。

FIFO是Linux基础文件类型中的一种。但FIFO文件在磁盘上没有数据块，仅仅用来标识内核中一条通道。各进程可以打开这个文件进行read/write，实际上是在读写内核通道，这样就实现了进程间通信。

创建方式：

1. 命令：mkfifo 管道名

2. 库函数：int mkfifo(const char *pathname,  mode_t mode);  成功：0； 失败：-1

一旦使用mkfifo创建了一个FIFO，就可以使用open打开它，常见的文件I/O函数都可用于fifo。如：close、read、write、unlink等。

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 #include <sys/types.h>
 #include <sys/stat.h>
 #include <fcntl.h>
 #include <string.h>
 #include <errno.h>

 int main(int argc,char * argv[])
 {
     if(argc != ){
         printf("./a.out fifoname\n");
         return -;
     }

     int ret = mkfifo(argv[], );
     if (ret <  && errno != EEXIST)
     {
         printf("create fifo file %s failed\n", argv[]);
         return -;
     }

     // 创建一个 myfifo 文件
     //打开fifo文件
     printf("begin open ....\n");
     int fd = open(argv[],O_WRONLY);
     printf("end open ....\n");
     //写
     char buf[];
     int num = ;
     while(){
         memset(buf,0x00,sizeof(buf));
         sprintf(buf,"from write data:%04d",num++);
         write(fd,buf,strlen(buf));
         sleep();
         //循环写
     }
     //关闭描述符
     close(fd);
     return ;
 }

 fifo_w.c

fifo_w.c

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 #include <sys/types.h>
 #include <sys/stat.h>
 #include <fcntl.h>
 #include <string.h>

 int main(int argc,char *argv[])
 {
     if(argc != ){
         printf("./a.out fifoname\n");
         return -;
     }
     printf("begin oepn read...\n");
     int fd = open(argv[],O_RDONLY);
     printf("end oepn read...\n");

     char buf[];
     int ret;
     while(){
         //循环读
         memset(buf,0x00,sizeof(buf));
         ret = read(fd,buf,sizeof(buf));
         if(ret > ){
             printf("read:%s\n",buf);
         }
     }

     close(fd);
     return ;
 }

 fifo_r.c

fifo_r.c

注意：

FIFOs
        Opening the read or write end of a FIFO blocks until the other end is also opened (by another process or thread). See fifo(7) for further details.

open注意事项，打开fifo文件的时候，read端会阻塞等待write端open，write端同理，也会阻塞等待另外一端打开。

3. 共享存储映射

 （1）文件进程间通信

使用文件也可以完成IPC，理论依据是，fork后，父子进程共享文件描述符。也就共享打开的文件。

 （2）存储映射IO

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。于是当从缓冲区中取数据，就相当于读文件中的相应字节。于此类似，将数据存入缓冲区，则相应的字节就自动写入文件。这样，就可在不适用read和write函数的情况下，使用地址（指针）完成I/O操作。

使用这种方法，首先应通知内核，将一个指定文件映射到存储区域中。这个映射工作可以通过mmap函数来实现。

1）mmap函数

 void *mmap(void *adrr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

返回：

成功：返回创建的映射区首地址；

失败：MAP_FAILED宏

参数：

addr：建立映射区的首地址，由Linux内核指定。使用时，直接传递NULL

length：欲创建映射区的大小

prot： 映射区权限PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_READ|PROT_WRITE

flags：标志位参数(常用于设定更新物理区域、设置共享、创建匿名映射区)

MAP_SHARED:  会将映射区所做的操作反映到物理设备（磁盘）上。

MAP_PRIVATE: 映射区所做的修改不会反映到物理设备。

fd：用来建立映射区的文件描述符

offset：映射文件的偏移(4k的整数倍)

    2）munmap函数

同malloc函数申请内存空间类似的，mmap建立的映射区在使用结束后也应调用类似free的函数来释放。

 int munmap(void *addr, size_t length);  成功：； 失败：-

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 #include <sys/types.h>
 #include <sys/stat.h>
 #include <fcntl.h>
 #include <sys/mman.h>
 #include <string.h>

 int main()
 {
     int fd = open("mem.txt",O_RDWR);//创建并且截断文件
     //int fd = open("mem.txt",O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0664);//创建并且截断文件

     ftruncate(fd,);
     //创建映射区
    char *mem = mmap(NULL,,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,);
     //char *mem = mmap(NULL,8,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_PRIVATE,fd,0);

     if(mem == MAP_FAILED){
         perror("mmap err");
         return -;
     }
     close(fd);
     //拷贝数据
     strcpy(mem,"helloworld");
 //    mem++;
     //释放mmap
     printf("mem = %s\n", mem);

     if(munmap(mem,) < ){
         perror("munmap err");
     }
     return ;
 }

 mmap.c

mmap.c

执行结果：

执行mmap_size之前，mem.txt大小为30，代码中 ftruncate(fd,8); 将文件截断为8个字节大小，共享映射为20个字节，虽然文件大小（8） < 映射区大小（20），映射区可以存储helloworld（10），同时修改文件mem.txt内容。

[root@centos -linux-day06]# cat mem.txt
*****************************
[root@centos -linux-day06]# ./mmap_size
mem = helloworld
[root@centos -linux-day06]# cat mem.txt
hellowor

借鉴malloc和free函数原型，尝试装自定义函数smalloc，sfree来完成映射区的建立和释放。思考函数接口该如何设计？

mmap九问：
   1. 如果更改mem变量的地址，释放的时候munmap，传入mem还能成功吗？ 不能！！

2. 如果对mem越界操作会怎么样？ 文件的大小对映射区操作有影响，尽量避免。

3. 如果文件偏移量随便填个数会怎么样？ offset必须是 4k的整数倍

4 如果文件描述符先关闭，对mmap映射有没有影响？没有影响

5. open的时候，可以新创建一个文件来创建映射区吗？不可以用大小为0的文件

6. open文件选择O_WRONLY，可以吗？ 不可以： Permission denied

7. 当选择MAP_SHARED的时候，open文件选择O_RDONLY，prot可以选择PROT_READ|PROT_WRITE吗？Permission denied ，SHARED的时候，映射区的权限 <= open文件的权限

8. mmap什么情况下会报错？很多情况

9. 如果不判断返回值会怎么样？ 会死的很难堪！！

总结：使用mmap时务必注意以下事项：

1. 创建映射区的过程中，隐含着一次对映射文件的读操作。

2. 当MAP_SHARED时，要求：映射区的权限应 <=文件打开的权限(出于对映射区的保护)。而MAP_PRIVATE则无所谓，因为mmap中的权限是对内存的限制。

3. 映射区的释放与文件关闭无关。只要映射建立成功，文件可以立即关闭。

4. 特别注意，当映射文件大小为0时，不能创建映射区。所以：用于映射的文件必须要有实际大小！！    mmap使用时常常会出现总线错误，通常是由于共享文件存储空间大小引起的。

5. munmap传入的地址一定是mmap的返回地址。坚决杜绝指针++操作。

6. 文件偏移量必须为4K的整数倍

7. mmap创建映射区出错概率非常高，一定要检查返回值，确保映射区建立成功再进行后续操作。

 （3）mmap父子进程间通信

父子等有血缘关系的进程之间也可以通过mmap建立的映射区来完成数据通信。但相应的要在创建映射区的时候指定对应的标志位参数flags：

MAP_PRIVATE:  (私有映射)  父子进程各自独占映射区；

MAP_SHARED:  (共享映射)  父子进程共享映射区；

练习：父进程创建映射区，然后fork子进程，子进程修改映射区内容，而后，父进程读取映射区内容，查验是否共享。

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 #include <sys/types.h>
 #include <sys/stat.h>
 #include <sys/mman.h>
 #include <fcntl.h>
 #include <sys/wait.h>

 int main()
 {
     // 先创建映射区
     int fd = open("mem.txt",O_RDWR);
     int *mem = mmap(NULL, , PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, );
     //int *mem = mmap(NULL,4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE, fd, 0);
     if(mem == MAP_FAILED){
         perror("mmap err");
         return -;
     }
     // fork子进程
     pid_t pid = fork();

     // 父进程和子进程交替修改数据
     if(pid ==  ){
         //son
         *mem = ;
         printf("child,*mem = %d\n",*mem);
         sleep();
         printf("child,*mem = %d\n",*mem);
     }
     else if(pid > ){
         //parent
         sleep();
         printf("parent,*mem=%d\n",*mem);
         *mem = ;
         printf("parent,*mem=%d\n",*mem);
         wait(NULL);
     }

     munmap(mem,);
     close(fd);

     return ;
 }

 父子进程共享映射区

父子进程共享映射区

结论：父子进程共享：1. 打开的文件  2. mmap建立的映射区(但必须要使用MAP_SHARED)

 （4）匿名映射

通过使用我们发现，使用映射区来完成文件读写操作十分方便，父子进程间通信也较容易。但缺陷是，每次创建映射区一定要依赖一个文件才能实现。通常为了建立映射区要open一个temp文件，创建好了再unlink、close掉，比较麻烦。 可以直接使用匿名映射来代替。其实Linux系统给我们提供了创建匿名映射区的方法，无需依赖一个文件即可创建映射区。同样需要借助标志位参数flags来指定。

使用MAP_ANONYMOUS (或MAP_ANON)， 如:

 int *p = mmap(NULL, , PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -, );

需注意的是，MAP_ANONYMOUS和MAP_ANON这两个宏是Linux操作系统特有的宏。在类Unix系统中如无该宏定义，可使用如下两步来完成匿名映射区的建立。

1）fd = open("/dev/zero", O_RDWR);

2）p = mmap(NULL, size, PROT_READ|PROT_WRITE, MMAP_SHARED, fd, 0);

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 #include <sys/types.h>
 #include <sys/stat.h>
 #include <sys/mman.h>
 #include <fcntl.h>
 #include <sys/wait.h>

 int main()
 {
     int *mem = mmap(NULL,,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANON,-,);

     if(mem == MAP_FAILED){
         perror("mmap err");
         return -;
     }

     pid_t pid = fork();

     if(pid ==  ){
         //son
         *mem = ;
         printf("child,*mem=%d\n",*mem);
         sleep();
         printf("child,*mem=%d\n",*mem);
     }else if(pid > ){
         //parent
         sleep();
         printf("parent,*mem=%d\n",*mem);
         *mem = ;
         printf("parent,*mem=%d\n",*mem);
         wait(NULL);
     }

     munmap(mem,);

     return ;
 }

 mmap_anon.c

mmap_anon.c

（5）mmap无血缘关系进程间通信

实质上mmap是内核借助文件帮我们创建了一个映射区，多个进程之间利用该映射区完成数据传递。由于内核空间多进程共享，因此无血缘关系的进程间也可以使用mmap来完成通信。只要设置相应的标志位参数flags即可。若想实现共享，当然应该使用MAP_SHARED了。

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 #include <sys/types.h>
 #include <sys/stat.h>
 #include <sys/mman.h>
 #include <fcntl.h>
 #include <sys/wait.h>

 typedef struct  _Student{
     int sid;
     char sname[];
 }Student;

 int main(int argc,char *argv[])
 {
     if(argc != ){
         printf("./a.out filename\n");
         return -;
     }

     // 1. open file
     int fd = open(argv[],O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,);
     int length = sizeof(Student);

     ftruncate(fd,length);

     // 2. mmap
     Student * stu = mmap(NULL,length,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,);

     if(stu == MAP_FAILED){
         perror("mmap err");
         return -;
     }
     int num = ;
     // 3. 修改内存数据
     while(){
         stu->sid = num;
         sprintf(stu->sname,"from mmap write-%03d",num++);
         sleep();//相当于没隔1s修改一次映射区的内容
     }
     // 4. 释放映射区和关闭文件描述符
     munmap(stu,length);
     close(fd);

     return ;
 }

 mmap_w.c

mmap_w.c

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 #include <sys/types.h>
 #include <sys/stat.h>
 #include <sys/mman.h>
 #include <fcntl.h>
 #include <sys/wait.h>

 typedef struct _Student{
     int sid;
     char sname[];
 }Student;

 int main(int argc,char *argv[])
 {
     //open file
     int fd = open(argv[],O_RDWR);
     //mmap
     int length = sizeof(Student);
     Student *stu = mmap(NULL,length,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,);
     if(stu == MAP_FAILED){
         perror("mmap err");
         return -;
     }
     //read data
     while(){
         printf("sid=%d,sname=%s\n",stu->sid,stu->sname);
         sleep();
     }
     //close and munmap
     munmap(stu,length);
     close(fd);
     return ;
 }

 mmap_r.c

mmap_r.c

练习：

1.通过命名管道传输数据，进程A和进程B，进程A将一个文件（MP3）发送给进程B？
    2.实现多进程拷贝文件？

实现思路：

代码实现：

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 #include <sys/types.h>
 #include <fcntl.h>
 #include <sys/mman.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <string.h>
 #include <sys/stat.h>

 int main(int argc, char *argv[])
 {
     //拷贝文件起的进程数，通过参数输入，默认是5个
     int n = ;
     //输入参数至少是3，第4个参数是进程个数
     if (argc < )
     {
         printf("./a.out src dst [n]\n");
         return -;
     }
     if (argc == )
     {
         n = atoi(argv[]);
     }

     //打开源文件
     int srcfd = open(argv[], O_RDONLY);
     if (srcfd < )
     {
         perror("open src err:");
         exit();
     }

     //打开目标文件
     int dstfd = open(argv[], O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC, );
     if (dstfd < )
     {
         perror("open dst err:");
         exit();
     }

     //目标拓展，从源文件获得文件大小，stat
     struct stat sb;
     stat(argv[], &sb);
     //将目标文件设置为和源文件大小相同
     int len = sb.st_size;
     truncate(argv[], len);

     //将源文件映射到缓冲区
     char *psrc = mmap(NULL, len, PROT_READ, MAP_SHARED, srcfd, );
     if (psrc == MAP_FAILED)
     {
         perror("mmap src err:");
         exit();
     }

     //将目标文件映射
     char *pdst = mmap(NULL, len, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, dstfd, );
     if (pdst == MAP_FAILED)
     {
         perror("mmap pdst err:");
         exit();
     }
     //创建多个子进程
     int i = ;
     for (i = ; i < n; i++)
     {
         if (fork() == )
         {
             break;
         }
     }
     //计算子进程需要拷贝的起点大小
     int cpsize = len/n;
     int mod = len%n;
     //数据拷贝，memcpy
     if (i < n)
     {
         //最后一个子进程
         if (i == n-)
         {
             memcpy(pdst+i*cpsize, psrc+i*cpsize, cpsize+mod);
         }
         else
         {
             memcpy(pdst+i*cpsize, psrc+i*cpsize, cpsize);
         }
     }
     else
     {
         for (i = ; i < n; i++)
         {
             //回收子线程
             wait(NULL);
         }
     }
     //释放映射区
     if (munmap(psrc, len) < )
     {
         perror("munmap src err:");
         exit();
     }

     if (munmap(pdst, len) < )
     {
         perror("munmap dst err:");
         exit();
     }

     //关闭文件
     close(srcfd);
     close(dstfd);

     return ;
 }

 多进程文件拷贝

多进程文件拷贝