什么是进程
1、进程和线程的区别
进程是指正在运行的程序，它拥有独立的内存空间和系统资源，不同进程之间的数据不共享。进程是资源分配的基本单位。
线程是进程内的执行单元，它与同一进程内的其他线程共享进程的内存空间和系统资源。线程是调度的基本单位。
2、进程的创建和销毁
在Linux中启动一个进程有多种方法：
（1）通过system函数启动进程。（使用简单，效率较低）
#include
/**
* @brief 执行系统命令调用命令处理器来执行命令
*
* Detailed function description
*
* @param[in] command: 包含被请求变量名称的 C 字符串
*
* @return 如果发生错误，则返回值为 -1，否则返回命令的状态。
*/
int system(const char *command);例子：通过system函数启动一个进程，列出当前目录下的文件及文件夹。
#include
#include
int main(void)
{
system("ls");
printf("ls endn");
return 0;
}（2）通过fork函数启动进程。（用于启动子进程）
#include
#include
/**
* @brief fork系统调用用于创建一个子进程
*
* Detailed function description
*
* @param[in]
*
* @return 如果发生错误，则返回值为 -1，否则返回命令的状态。
*/
pid_t fork(void);例子：通过fork函数启动子进程
#include
#include
#include
#include
int main(void)
{
pid_t res = fork();
/// 0)
{
printf("res = %d, I am parent process. pid = %dn", res, getpid());
int child_status = 0;
pid_t child_pid = wait(&child_status); ///编译、运行：
我们使用了fork()系统调用来创建一个新进程。如果fork()返回值为0，则说明当前进程是子进程；如果返回值大于0，则说明当前进程是父进程。在父进程中，我们使用wait()系统调用来等待子进程结束。当子进程结束后，父进程会继续执行。
（3）通过exec系列函数启动进程。（用于启动新进程，新进程会覆盖旧进程）
#include
/**
* @brief 启动新进程，新进程会覆盖旧进程
*
* Detailed function description
*
* @param[in] path: 所执行文件的路径
* @param[in] file: 所执行文件的名称
* @param[in] arg: 传入的参数列表，以NULL作为结束
* @param[in] envp: 传入的环境变量
*
* @return 如果发生错误，则返回值为 -1，否则返回命令的状态。
*/
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);例子：通过execl()函数的参数列表调用了ls命令程序
#include
#include
int main(void)
{
execl("/bin/ls", "ls", "-la", NULL);
printf("ls endn");
return 0;
}execl()函数的参数列表调用了ls命令程序，与在终端上运行”ls -la”产生的结果是一样的。
在Linux中终止一个进程有多种方法：
- 从main函数返回。（正常终止）
- 调用exit()函数终止。（正常终止）
- 调用_exit()函数终止。（正常终止）
- 调用abort()函数终止。（异常终止）
- 由系统信号终止。（异常终止）
进程间通信方式
进程间通信是指在不同进程之间传播或交换信息的一种机制。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，所以进程之间要交换数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲区，进程A把数据从用户空间拷到内核缓冲区，进程B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。
进程间通信的目的：
- 传输数据。比如进程 A 负责生成数据，进程 B 负责处理数据，数据需要从 A 进程传输至 B 进程。
- 共享资源。比如进程 A 与进程 B 共享某一块内存资源。
- 模块化。将系统功能划分为多个进程模块进行开发，方便开发维护。
- 加速计算。多核处理器环境，一个特定进程划分为几个进程并行运行。
Linux IPC（Inter-process Comminication， 进程间通信）的方式：
1、消息队列
内核中的一个优先级队列，多个进程通过访问同一个队列，进行添加结点或者获取结点实现通信。
POSIX消息队列头文件：
#include /* For O_* constants */
#include /* For mode constants */
#include 编译链接需要加上
-lrt链接。
消息队列API接口：
/**
* @brief 创建消息队列实例
*
* Detailed function description
*
* @param[in] name: 消息队列名称
* @param[in] oflag：根据传入标识来创建或者打开一个已创建的消息队列
- O_CREAT: 创建一个消息队列
- O_EXCL: 检查消息队列是否存在，一般与O_CREAT一起使用
- O_CREAT|O_EXCL: 消息队列不存在则创建，已存在返回NULL
- O_NONBLOCK: 非阻塞模式打开，消息队列不存在返回NULL
- O_RDONLY: 只读模式打开
- O_WRONLY: 只写模式打开
- O_RDWR: 读写模式打开
* @param[in] mode：访问权限
* @param[in] attr：消息队列属性地址
*
* @return 成功返回消息队列描述符，失败返回-1，错误码存于error中
*/
mqd_t mq_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, struct mq_attr *attr);
/**
* @brief 无限阻塞方式接收消息
*
* Detailed function description
*
* @param[in] mqdes: 消息队列描述符
* @param[in] msg_ptr：消息体缓冲区地址
* @param[in] msg_len：消息体长度，长度必须大于等于消息属性设定的最大值
* @param[in] msg_prio：消息优先级
*
* @return 成功返回消息长度，失败返回-1，错误码存于error中
*/
mqd_t mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned *msg_prio);
/**
* @brief 指定超时时间阻塞方式接收消息
*
* Detailed function description
*
* @param[in] mqdes: 消息队列描述符
* @param[in] msg_ptr：消息体缓冲区地址
* @param[in] msg_len：消息体长度，长度必须大于等于消息属性设定的最大值
* @param[in] msg_prio：消息优先级
* @param[in] abs_timeout：超时时间
*
* @return 成功返回消息长度，失败返回-1，错误码存于error中
*/
mqd_t mq_timedreceive(mqd_t mqdes, char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned *msg_prio, const struct timespec *abs_timeout);
/**
* @brief 无限阻塞方式发送消息
*
* Detailed function description
*
* @param[in] mqdes: 消息队列描述符
* @param[in] msg_ptr：待发送消息体缓冲区地址
* @param[in] msg_len：消息体长度
* @param[in] msg_prio：消息优先级
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
mqd_t mq_send(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned msg_prio);
/**
* @brief 指定超时时间阻塞方式发送消息
*
* Detailed function description
*
* @param[in] mqdes: 消息队列描述符
* @param[in] msg_ptr：待发送消息体缓冲区地址
* @param[in] msg_len：消息体长度
* @param[in] msg_prio：消息优先级
* @param[in] abs_timeout：超时时间
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
mqd_t mq_timedsend(mqd_t mqdes, const char *msg_ptr, size_t msg_len, unsigned msg_prio, const struct timespec *abs_timeout);
/**
* @brief 关闭消息队列
*
* Detailed function description
*
* @param[in] mqdes: 消息队列描述符
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
mqd_t mq_close(mqd_t mqdes);
/**
* @brief 分离消息队列
*
* Detailed function description
*
* @param[in] name: 消息队列名称
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
mqd_t mq_unlink(const char *name);消息队列基本API接口使用例子：发送进程给接收进程发送测试数据。
send.c：
#include
#include
#include
#include
#include /* For O_* constants */
#include /* For mode constants */
#include
#define MQ_MSG_MAX_SIZE 512 ///recv.c：
#include
#include
#include
#include
#include /* For O_* constants */
#include /* For mode constants */
#include
#define MQ_MSG_MAX_SIZE 512 ///编译、运行：
gcc send.c -o send_process -lrt
gcc recv.c -o recv_process -lrt
2、共享内存
消息队列的读取和写入的过程，会有发生用户态与内核态之间的消息拷贝过程。而共享内存的方式则没有这个拷贝过程，进程间通信速度较快。
在物理内存上开辟一块内存空间，多个进程可以将同一块物理内存空间映射到自己的虚拟地址空间，通过自己的虚拟地址直接访问这块空间，通过这种方式实现数据共享。
POSIX共享内存头文件：
#include
#include
#include 共享内存API接口：
/**
* @brief 创建共享内存实例
*
* Detailed function description
*
* @param[in] name: 要打开或创建的共享内存文件名
* @param[in] oflag：打开的文件操作属性
- O_CREAT: 创建一个共享内存文件
- O_EXCL: 检查共享内存是否存在，一般与O_CREAT一起使用
- O_CREAT|O_EXCL: 共享内存不存在则创建，已存在返回NULL
- O_NONBLOCK: 非阻塞模式打开，共享内存不存在返回NULL
- O_RDONLY: 只读模式打开
- O_WRONLY: 只写模式打开
- O_RDWR: 读写模式打开
* @param[in] mode：文件共享模式，例如 0777
*
* @return 成功返回共享内存描述符，失败返回-1，错误码存于error中
*/
int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);
/**
* @brief 删除共享内存
*
* Detailed function description
*
* @param[in] name: 创建的共享内存文件名
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
int shm_unlink(const char *name);
/**
* @brief 将打开的文件映射到内存
*
* Detailed function description
*
* @param[in] addr: 要将文件映射到的内存地址，一般应该传递NULL来由Linux内核指定
* @param[in] length: 要映射的文件数据长度
* @param[in] prot: 映射的内存区域的操作权限（保护属性），包括PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_READ|PROT_WRITE
* @param[in] flags: 标志位参数，包括：MAP_SHARED、MAP_PRIVATE与MAP_ANONYMOUS。
* @param[in] fd: 用来建立映射区的文件描述符，用 shm_open打开或者open打开的文件
* @param[in] offset: 映射文件相对于文件头的偏移位置，应该按4096字节对齐
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
/**
* @brief 取消内存映射
*
* Detailed function description
*
* @param[in] addr: 由mmap成功返回的地址
* @param[in] length: 要取消的内存长度
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
int munmap(void *addr, size_t length);
/**
* @brief 将参数fd指定的文件大小改为参数length指定的大小
*
* Detailed function description
*
* @param[in] fd: 已打开的文件描述符，以写入模式打开的文件
* @param[in] length: 要设置的长度
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
int ftruncate(int fd,off_t length);
/**
* @brief 获取文件相关的信息，将获取到的信息放入到statbuf结构体中
*
* Detailed function description
*
* @param[in] fd: 已打开的文件描述符
* @param[out] statbuf: 文件的信息
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
int fstat(int fd, struct stat *statbuf);共享内存基本API接口使用例子：发送进程给接收进程发送测试数据。
send.c：
#include
#include
#include
#include
#include /* For O_* constants */
#include /* For mode constants */
#include
#define SHM_NAME "/shm"
int main(void)
{
int ret = 0;
///recv.c：
#include
#include
#include
#include
#include /* For O_* constants */
#include /* For mode constants */
#include
#define SHM_NAME "/shm"
int main(void)
{
///编译、运行：
gcc send.c -o send_process -lrt
gcc recv.c -o recv_process -lrt
对具有多个处理核系统消息传递的性能要优于共享内存。共享内存会有高速缓存一致性问题，这是由共享数据在多个高速缓存之间迁移而引起的。随着系统的处理核的数量的日益增加，可能导致消息传递作为 IPC 的首选机制。
3、socket
UNIX域套接字与传统基于TCP/IP协议栈的socket不同，unix domain socket以文件系统作为地址空间，不需经过TCP/IP的头部封装、报文ack确认、路由选择、数据校验与重传过程，因此传输速率上也不会受网卡带宽的限制。
unix domain socket在进程间通信同样是基于“客户端—服务器”（C-S）模式。
UNIX域套接字基本API接口使用例子：基于UNIX域套接字客户端进程向服务端进程发送测试数据。
server.c：
#include
#include
#include
#include
#include /* For O_* constants */
#include /* For mode constants */
#include
#include
#include
#include
#define SERVER_PATH "/tmp/server"
int main(void)
{
///client.c：
#include
#include
#include
#include
#include /* For O_* constants */
#include /* For mode constants */
#include
#include
#include
#include
#define SERVER_PATH "/tmp/server"
#define CLIENT_PATH "/tmp/client"
int main(void)
{
///编译、运行：
gcc server.c -o server_process
gcc client.c -o client_process
类socket的其它进程间通信方式：
实用 | nanomsg通信库的简单使用分享
mqtt应用于进程间通信
4、管道
在内核中开辟一块缓冲区；若多个进程拿到同一个管道(缓冲区)的操作句柄，就可以访问同一个缓冲区，就可以进行通信。涉及到两次用户态与内核态之间的数据拷贝。
（1）匿名管道
内核中的缓冲区是没有具体的标识符的，匿名管道只能用于具有亲缘关系的进程间通信。
调用pipe接口可以创建一个匿名管道，并返回了两个描述符，一个是管道的读取端描述符 fd[0]，另一个是管道的写入端描述符 fd[1]。
管道是一个半双工通信(可以选择方向的单向传输)
匿名管道基本API接口使用例子：父进程通过管道发送测试数据给子进程。
#include
#include
#include
#include
int main()
{
/// 0)
{
///编译、运行：
如果需要双向通信，则应该创建两个管道。
（2）命名管道
命名管道也是内核中的一块缓冲区，并且这个缓冲区具有标识符；这个标识符是一个可见于文件系统的管道文件，能够被其他进程找到并打开管道文件，则可以获取管道的操作句柄，所以该命名管道可用于同一主机上的任意进程间通信。
创建命名管道的接口：
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);命名管道基本API接口使用例子：一个进程往管道中写入测试数据，另一个进程从管道中读取数据。
fifo_wr.c：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define FIFO_PATH "./fifo_file"
typedef struct _msg_data
{
char buf[128];
int cnt;
}msg_data_t;
void send_data(int fd)
{
static int cnt = 0;
msg_data_t send_data = {0};
cnt++;
strcpy(send_data.buf, "hello");
send_data.cnt = cnt;
write(fd, &send_data, sizeof(send_data));
printf("send msg = %s, cnt = %dn", send_data.buf, send_data.cnt);
}
int main(void)
{
///fifo_rd.c：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define FIFO_PATH "./fifo_file"
typedef struct _msg_data
{
char buf[128];
int cnt;
}msg_data_t;
int main(void)
{
umask(0);
///编译、运行：
gcc fifo_wr.c -o fifo_wr
gcc fifo_rd.c -o fifo_rd
5、信号量
信号量（Seamphore）是进程和线程间同步的一种机制。
信号量本质是一个非负的整型变量。增加一个可用资源执行加一，也称为V操作；获取一个资源资源后执行减一，也称为P操作。
信号量根据信号值不同可分为两类：
- 二值信号量，信号量值只有0和1，初始值为1，1表示资源可用，0表示资源不可用；二值信号量与互斥锁类似。
- 计数信号量， 信号量的值在0到一个大于1的限制值之间，信号值表示可用的资源的数目。
信号量根据作用对象不同可分为两类：
- 有名信号量，信号值保存在文件中，用于进程间同步
- 无名信号量，又称为基于内存信号量，信号值保存在内存中，用于线程间同步
POSIX信号量头文件：
#include 编译链接需要加-lpthread参数。
信号量API接口：
/**
* @brief 创建信号量
*
* Detailed function description
*
* @param[in] name: 信号量名称
* @param[in] mode: 访问权限
* @param[in] value: 信号量初始值
*
* @return 成功时返回指向信号量的指针，出错时为SEM_FAILED
*/
sem_t *sem_open(const char *name,int oflag, mode_t mode, unsigned int value);
/**
* @brief 初始化信号量
*
* Detailed function description
*
* @param[in] sem: 信号量实例地址
* @param[in] pshared: 信号量作用域，分为进程内作用域PTHREAD_PROCESS_PRIVATE和跨进程作用域PTHREAD_PROCESS_SHARED
* @param[in] value: 信号量初始值
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
/**
* @brief 获取信号量
*
* Detailed function description
*
* @param[in] sem: 信号量实例地址
* @param[out] sval: 保存返回信号值地址
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);
/**
* @brief 阻塞方式等待信号量
*
* Detailed function description
*
* @param[in] sem: 信号量实例地址
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
int sem_wait(sem_t *sem);
/**
* @brief 指定超时时间阻塞方式等待信号量
*
* Detailed function description
*
* @param[in] sem: 信号量实例地址
* @param[in] sem: 超时时间，单位为时钟节拍
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);
/**
* @brief 非阻塞方式等待信号量
*
* Detailed function description
*
* @param[in] sem: 信号量实例地址
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
int sem_trywait(sem_t *sem);
/**
* @brief 产生信号量
*
* Detailed function description
*
* @param[in] sem: 信号量实例地址
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
int sem_post(sem_t *sem);
/**
* @brief 销毁信号量
*
* Detailed function description
*
* @param[in] sem: 信号量实例地址
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
int sem_destroy(sem_t *sem);
/**
* @brief 关闭信号量
*
* Detailed function description
*
* @param[in] sem: 信号量实例地址
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
int sem_close(sem_t *sem);
/**
* @brief 分离信号量
*
* Detailed function description
*
* @param[in] name: 信号量名称
*
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
int sem_unlink(const char *name);信号量基本API接口使用例子：父子进程间通信
#include
#include
#include
#include
#include
#define SEM_NAME "sem"
int main (void)
{
int sem_val = 0;
/// 0)
{
///编译、运行：
IPC总结
操作系统根据不同的场景提供了不同的方式，消息队列、共享内存、UNIX域套接字、管道、信号量。
消息队列：
共享内存：
UNIX域套接字：
管道：
信号量：
服务器托管，北京服务器托管，服务器租用 http://www.fwqtg.net
机房租用，北京机房租用，IDC机房托管， http://www.fwqtg.net
