进入drdxmf
1学习目标
熟练使用pipe亲子进入drdxmf
熟练使用pipe兄弟进入drdxmf
熟练使用fifo进入无血缘关系的drdxmf
使用mmap进入血缘关系的drdxmf
使用mmap进入无血缘关系的drdxmf
二进制drdxmf相关概念
2.1什么是进入drdxmf
在Linux环境中，进程地址空间是相互独立的，每个进程有不同的用户地址空间。 就任
进程和进程之间无法相互访问，因为一个进程的全局变量在另一个进程中不可见。
要交换数据，必须通过内核，在内核中打开缓冲区，并且进程1必须从用户空间复制数据
内核缓冲器，进程2从内核缓冲器读取数据。 内核提供的此机制称为先进drdxmf (称为IPC )。
互处理通信)。
2.2进入drdxmf的方式
要在进程之间完成数据传输，必须在操作系统上提供特殊方法，如文件、管道和信号。
共享内存、消息队列、套接字、命名管道等。 随着计算机的繁荣，一些方法
设计缺陷要么被淘汰，要么被抛弃。 目前常用的访问drdxmf的方法如下。
管道(最容易使用) ) ) ) )。
信号(开销最小) ) ) )。
共享地图区域(无血缘关系) ) )
本地套接字(最稳定)
3管路-pipe
3.1管道概念
管道是最基本的IPC机制，也称为匿名管道，应用于有血缘关系的过程之间，直到结束
数据传输。 调用pipe函数将创建管道。
这些特质包括：
管道的本质是内核缓冲区
由两个文件描述符引用，一个表示读取端，另一个表示写入端。
规定数据从管道的写入侧流入管道，数据从读取侧流出。
两个过程结束后，管道也自动消失。
缺省情况下，管道的读取端和写入端被阻止。
3.2管路原理
管道的本质是内核缓冲器，内部使用环形队列实现。
缺省缓冲区大小为4K，可以使用ulimit -a命令获取大小。
在实际操作过程中，缓冲区将根据数据压力进行适当调整。
3.3管道极限
一旦读取了数据，它就不存在于管道中，不能重复读取。
数据只能沿一个方向流动，必须使用两个管道才能双向流动
管道只能在有血缘关系的过程之间使用。
3.4创建管道-pipe函数
函数作用：
创建管道
函数原型：
intpipe(intFD[2]；
函数参数：
如果函数调用成功，fd[0]存储管道的读取侧，fd[1]存储管道的写入侧
返回值：
成功回归0；
失败返回-1，设定错误值。
函数调用成功地返回读取端和写入端文件描述符。 其中，软盘[0]为读取侧，软盘[1]为写入侧
使用这两个文件描述符读取和写入管道数据，管道的本质是操作内核缓冲区。
成功创建管道后，创建管道的进程(父进程)将同时了解管道的读取侧和写入侧。
如何实现亲子进军drdxmf？
3.5亲子进程使用管道进行通信
一个过程在pipe ()创建管道后，通常fork另一个子过程，通过管道实现父子关系
进程之间的通信(因此，只要两个进程有血缘关系，这里的血缘关系就是
有共同的祖先，都可以通过流水线方式通信)。 父子进程之间有相同的文件描写
符号(指向同一管道pipe )，其他无关进程无法检索由pipe ()生成的两个文件
描述符也不能使用同一管道进行通信。
步骤1 :父进程创建管道
步骤2 :父进程fork从子进程中退出
步骤3 :父进程关闭软盘[0]，子进程关闭软盘[1]
创建步骤总结：
父进程调用pipe函数创建管道，得到指向每个管道的两个文件描述符fd[0]和fd[1]
管道的读取侧和写入侧。
当父进程调用fork创建子进程时，子进程也有两个指向同一管道的文件描述符。
父进程关闭管道引线，子进程关闭管道。 父进程可以将数据写入管道。
子进程可以通过读取管道中的数据来父子进入drdxmf。
3.6管道练习
在一个过程中可以使用管道完成读写操作吗？
使用管道亲子进入drdxmf吗？
父子进入drdxmf，实现ps aux | grep bash
使用execlp和dup2函数
兄弟进入drdxmf，实现ps aux | grep bash
使用execlp和dup2函数
父进程调用waitpid函数完成子进程的回收
3.7管道读写行为
读取操作
有数据
read正常读取，返回读取的字节数
无数据
写入侧全部关闭
read解除块并返回0，意味着读取了文件并读到了末尾
没有全部关闭
读取块
写入操作
读端全部关闭管道破裂，进程终止, 内核给当前进程发 SIGPIPE 信号
读端没全部关闭
缓冲区写满了
write 阻塞
缓冲区没有满
继续 write
3.8 如何设置管道为非阻塞
默认情况下，管道的读写两端都是阻塞的，若要设置读或者写端为非阻塞，则可参
考下列三个步骤进行：
第 1 步： int flags = fcntl(fd[0], F_GETFL, 0);
第 2 步： flag |= O_NONBLOCK;
第 3 步： fcntl(fd[0], F_SETFL, flags);
若是读端设置为非阻塞：
写端没有关闭，管道中没有数据可读，则 read 返回-1；
写端没有关闭，管道中有数据可读，则 read 返回实际读到的字节数
写端已经关闭，管道中有数据可读，则 read 返回实际读到的字节数
写端已经关闭，管道中没有数据可读，则 read 返回 0
3.9 如何查看管道缓冲区大小
命令
ulimit -a
函数
long fpathconf(int fd, int name);
printf(“pipe size==[%ld]n”, fpathconf(fd[0], _PC_PIPE_BUF));
printf(“pipe size==[%ld]n”, fpathconf(fd[1], _PC_PIPE_BUF));
4 FIFO
4.1 FIFO 介绍
FIFO 常被称为命名管道，以区分管道(pipe)。管道(pipe)只能用于“有血缘关系”的进
drdxmf。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（文件类型为 p，可通过 ls -l 查看文件类型）。
但 FIFO 文件在磁盘上没有数据块，文件大小为 0，仅仅用来标识内核中一条通道。进程
可以打开这个文件进行 read/write，实际上是在读写内核缓冲区，这样就实现了进程间
通信。
4.2 创建管道
方式 1-使用命令 mkfifo
命令格式： mkfifo 管道名
例如：mkfifo myfifo
方式 2-使用函数
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
参数说明和返回值可以查看 man 3 mkfifo
当创建了一个 FIFO，就可以使用 open 函数打开它，常见的文件 I/O 函数都可用于
FIFO。如：close、read、write、unlink 等。
FIFO 严格遵循先进先出（first in first out），对 FIFO 的读总是从开始处返回数据，对
它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如 lseek()等文件定位操作。
4.3 使用 FIFO 完成两个进程通信
使用 FIFO 完成两个进程通信的示意图
思路：
进程 A：
创建一个 fifo 文件：myfifo
调用 open 函数打开 myfifo 文件
调用 write 函数写入一个字符串如：“hello world”（其实是将数据写入到了内核
缓冲区）
调用 close 函数关闭 myfifo 文件
进程 B：
调用 open 函数打开 myfifo 文件
调用 read 函数读取文件内容（其实就是从内核中读取数据）
打印显示读取的内容
调用 close 函数关闭 myfifo 文件
注意：myfifo 文件是在进程 A 中创建的，如果先启动进程 B 会报错。思考一下如何解决
这个问题呢？？？
5 内存映射区
5.1 存储映射区介绍
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。从缓冲区中取数据，就相当于读文件中的相应字节；将数据写入缓冲区，则会将
数据写入文件。这样，就可在不使用 read 和 write 函数的情况下，使用地址（指针）完
成 I/O 操作。
使用存储映射这种方法，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。
5.2 mmap 函数
函数作用:
建立存储映射区
函数原型
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
函数返回值：
成功：返回创建的映射区首地址；
失败：MAP_FAILED 宏
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:
读：PROT_READ
写：PROT_WRITE
读写：PROT_READ | PROT_WRITE
flags： 映射区的特性, 可以是
MAP_SHARED: 写入映射区的数据会写回文件, 且允许其他映射该文件的
进程共享。
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。
5.3 munmap 函数
函数作用:
释放由 mmap 函数建立的存储映射区
函数原型:
int munmap(void *addr, size_t length);
返回值：
成功：返回 0
失败：返回-1，设置 errno 值
函数参数:
addr：调用 mmap 函数成功返回的映射区首地址
length：映射区大小（mmap 函数的第二个参数）
5.4 mmap 注意事项
创建映射区的过程中，隐含着一次对映射文件的读操作，将文件内容读取到映射区
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。
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。
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。
munmap 传入的地址一定是 mmap 的返回地址。坚决杜绝指针++操作。
文件偏移量必须为 0 或者 4K 的整数倍
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。
5.5 有关 mmap 函数的使用总结
第一个参数写成 NULL
第二个参数要映射的文件大小 > 0
第三个参数：PROT_READ 、PROT_WRITE
第四个参数：MAP_SHARED 或者 MAP_PRIVATE
第五个参数：打开的文件对应的文件描述符
第六个参数：4k 的整数倍
5.6 mmap 函数相关思考题
可以 open 的时候 O_CREAT 一个新文件来创建映射区吗?
如果 open 时 O_RDONLY, mmap 时 PROT 参数指定 PROT_READ|PROT_WRITE 会怎样？
mmap 映射完成之后, 文件描述符关闭，对 mmap 映射有没有影响？
如果文件偏移量为 1000 会怎样？
对 mem 越界操作会怎样？
如果 mem++，munmap 可否成功？
mmap 什么情况下会调用失败？
如果不检测 mmap 的返回值，会怎样？
5.7 mmap 应用练习
练习 1：使用 mmap 完成对文件的读写操作
练习:2：使用 mmap 完成父子进drdxmf
图解说明
思路
调用 mmap 函数创建存储映射区，返回映射区首地址 ptr
调用 fork 函数创建子进程，子进程也拥有了映射区首地址
父子进程可以通过映射区首地址指针 ptr 完成通信
调用 munmap 函数释放存储映射区
练习 3：使用 mmap 完成没有血缘关系的进程间通
思路：两个进程都打开相同的文件，然后调用 mmap 函数建立存储映射区，这
样两个进程共享同一个存储映射区。
使用 mmap 函数建立匿名映射：
mmap(NULL, 4096, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);