Linux内核设计与实现（进程管理）

Linux内核设计与实现—>进程管理

进程描述符和任务结构

进程间通信

1.管道：

1.有名管道

特性

特点：1、可以用于不同进程间通信，不限于必须有亲缘关系。

有名管道的使用

1、管道的创建 =====》mkfifo

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

功能：通过该函数可以创建一个有名管道的设备文件出来。

参数：filename 要创建的管道名称+ 路径 mode 创建的管道的文件权限。

返回值： 成功 0 失败 -1；

2、管道的打开 =====》open

int open(const char * filename,int flag);

参数： filename要打开的有名管道文件名称

flag == 》O_RDONLY 只读 O_WRONLY 只写 O_RDWR 不能用。

3、管道的读写 ====>read write

读： ssize_t read(int fd, void * buff,size_t count );

从fd中读count个字节的数据到buff中。

写： ssize_t write(int fd, const void * buff,size_t count)

从buff中取count个字节的数据写入到fd文件中。

4、管道的关闭 ====>close

close（fd）；

5、管道的卸载 ====>unlink int unlink(const char * pathname);

功能：卸载或者删除已经创建的有名管道文件

参数： pathname 要卸载的管道文件名称+路径

返回值： 成功 0 失败 -1；

2.无名管道

特性

1、只能用于具有亲缘关系的进程间使用。

2、半双工通信，有固定的读端和写端。

3、特殊的系统文件，可以支持文件IO。

4、管道的数据存储方式类似队列，先进先出。

5、管道的默认容量大小是64k字节 ===》ulimit -a ====>4k 早期的大小

6、管道默认的读操作会阻塞等待，如果写操作满了的时候也会阻塞等待。

7、管道的读端存在时候，写管道才有意义，否则程序会退出.

无名管道的使用

1、管道的创建与打开 int pipe(int fd[2]) ;

功能：通过该函数可以创建一个无名管道，同时打开该管道。

参数： fd[2] 要操作的管道名称，有两个元素 fd[0] 管道的固定的读端 fd[1] 管道的固定的写端

返回值： 成功 0 失败 -1 注意：在创建新的进程之前就应该先创建管道，之后之间的资源可以 通过管道传递。

2、管道的读写

读： ssize_t read(int fd, void * buff,size_t count );

从fd中读count个字节的数据到buff中。

写： ssize_t write(int fd, const void * buff,size_t count)

从buff中取count个字节的数据写入到fd文件中。

3、管道的关闭

close（fd[0]）；

close(fd[1]);

2.信号：

1.信号的发送

kill 函数 =====》支持的信号列表 kill -l ====>所有当前系统支持的默认信号

头文件： signal.h sys/types.h

int kill(pid_t pid,int sig);

1

功能：给指定的pid进程发送sig信号。

参数：pid要接收信号的进程id sig 要发送的信号编号 ====》kill -l 中的信号 kill -l 中前32 属于系统原始信号，也叫不稳定信号 后32个属于稳定信号。

返回值： 成功 0 失败 -1；

int raise(int sig);

1

功能：进程可以自己通过该函数给自己发送信号。

参数：sig 要发的信号的编号

返回值：成功 0 失败 -1；

闹钟函数和暂停函数

暂停函数

int pause(void ) ====>while(1){sleep(1);}

1

执行该函数后程序暂停。

闹钟函数

定时时间到了发送 SIGALRM 信号给自己。

unsigned int alarm(unisgned int sec);

1

指定间隔sec秒之后给自己发送信号。

默认的SIGALRM 信号会使程序终止运行。

2.信号的接收

三种方式： 默认处理 忽略处理 自定义处理

1、捕获信号和处理

void () (int);======>void fun(int arg);

void (signal(int signum,void (handler)(int)))(int);

signal(int signum , test);===> test == void(handler)(int); typedef void (SIGNAL)(int); ===> void (signal(int signum,void (handler)(int)))(int); == SIGNAL signal(int singnum,SIGNAL handler);

简化成：

#include

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

参数：

sig 要处理的信号

fun 信号的处理函数。

如果其是：

​ SIG_IGN 表示该程序对所有的信号做忽略处理 。

​ SIG_DFL 表示该程序对所有的信号做默认处理 ,系统对这些信号是怎么处理的，程序就会对该信号怎么处理。

​ fun 表示改程序有一个回调函数用来自定义处理 。

函数可以接收信号，并对信号做出处理， 三种处理方式。

忽略。

默认处理：

自定义处理：接收到该信号之后，会调用自定义的回调函数。

注意：在所有系统预制的信号列表中，9号SIGKILL 和 19 号的SIGSTOP信号不能被忽略处理。

例子：

//SIGABRT 进程停止运行 6

//SIGINT 终端中断 2

//SIGKILL 停止进程(此信号不能被忽略或捕获)

//SIGQUIT 终端退出 3

void handler(int num)

{

printf("recv num:%d ", num);

if (num == SIGQUIT)

{

//exit(0);

}

}

int main()

{

if (signal(SIGINT, handler) == SIG_ERR)

{

perror("signal err"); //errno

exit(0);

}

}

3.信号在进程间通信中的缺陷：

1、不能发送大量数据，包括字符串。

2、发送的信号必须是双方约定好的。

3、发送的信号必须是系统预制的范围内的。

4、发送的信号在接收方必须有自定义处理，一般用SIGUSR1 SIGUSER2. 其他信号有系统含义 建议不要使用。

4.信号和中断的区别

信号是在软件层次上对中断的一种模拟，所以通常把它称为是软中断

信号与中断的相似点：

（1）采用了相同的异步通信方式；

（2）当检测出有信号或中断请求时，都暂停正在执行的程序而转去执行相应的处理程序；

（3）都在处理完毕后返回到原来的断点；

（4）对信号或中断都可进行屏蔽。

信号与中断的区别：

（1）中断有优先级，而信号没有优先级，所有的信号都是平等的；

（2）信号处理程序是在用户态下运行的，而中断处理程序是在核心态下运行；

（3）中断响应是及时的，而信号响应通常都有较大的时间延迟。

3.IPC对象

0.基本概念

IPC对象包含了：共享内存、信号量、消息队列

1、ipc对象查看命令

ipcs -a ====> 查看对象信息

1

​ ipcs -q ====>只查看消息队列的对象信息

​ ipcs -m ====>只查看共享内存的对象信息

​ ipcs -s ====>只查看信号量的对象信息

2、ipc对象操作命令

​ ipcs -l ipcs -lq ipcs -lm ipcs -ls ===>查看对象的默认上限值

​ ipcrm ===>删除命令 ===》ipcrm -q msgid ====>删除消息队列中队列id是msgid的对象

​ ipcrm -m shmid ====>共享内存对象删除

​ ipcrm -s semid ====>信号量集对象删除

3、基本操作流程：

​ key >申请或者创建IPC对象>读写数据 ====>卸载对象

1.key 的获取

1、私有key =====> IPC_PRIVATE === 0X00000000

2、测试key =====> ftok() ====>指定路径+字符

3、自定义key ====> 0X12345678

key_t ftok(const char * pathname ,int pro_id);

1

功能：通过该函数可以以指定的路径为基本生成一个唯一键值。

参数：pathname 任意指定一个不可卸载的目录同时要求改目录不能被删除重建。

pro_id 一个数字，或者字符，表示将该值与参数1做运算之后的值作为键值。

返回值：成功 返回唯一键值， 失败 -1；

2.消息队列

0、头文件：

#include

#include

#include

1

2

3

1、申请消息队列;

int msgget(key_t key ,int flag);

//功能：向内核提出申请一个消息队列对象。

//参数：

//key 用户空间的键值

//flag 消息对象的访问权限，但是如果是第一次向内核提出申请，则需要添加IPC_CREAT 和 IPC_EXCL

//返回值：成功 返回消息对象id失败 -1

1

2

3

4

5

6

2、消息对象的操作：

1.发送消息：

int msgsnd(int msgid,void * msgp,size_t size ,int flag);

1

参数：msgid 要发送到的消息对象id

msgp ==>要发送的消息结构体=》

struct msgbuf{

long mtype; ////消息的类型

char mtext[N];////消息的正文，N 自定义的数据大小

}；

1

2

3

4

size :要发送的消息正文的长度，单位是字节。

flag : = 0 表示阻塞发送

= IPC_NOWAIT 非阻塞方式发送

返回值：成功 0 , 失败 -1；

2.接收消息：

int msgrcv(int msgid,void * msgp,size_t size,long type,int flag);

1

参数： msgid 要接收到的消息对象id

msgp ====>要接收的消息结构体变量，必须事先定义一个空变量，用来存储数据。

size ====》要接收的数据长度，一般是 sizeof(msgp);

type ====>要接收的消息类型

flag ====》接收消息的方式，0 表示阻塞接收 IPC_NOWAIT 非阻塞接收

返回值：成功 0 失败 -1；

3.消息队列对象的卸载：

int msgctl(int msgid,int cmd, struct msgid_ds * buff);

1

功能：调整消息队列的属性，很多时候用来删除消息队列。

参数： msgid 要操作的消息队列对象id

cmd ==>IPC_RMID ====>删除消息队列的宏

IPC_SET ====>设置属性

IPC_STAT ====》获取属性

buff ====》属性结构体

返回值：成功 0 失败 -1

3.共享内存

0、头文件

#include

1

1、key值得创建

同上。

2、shmget 向内核申请共享内存对象

int shmget(key_t key ,int size ,int flag);

1

参数： key 用户空间的唯一键值

size 要申请的共享内存大小

flag 申请的共享内存访问权限，如果是第一次申请，则需要 IPC_CREAT IPC_EXCL;

返回值： 成功 shmid 失败 -1；

3、shmat 将内核申请成功的共享内存映射到本地

4.信号量

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