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9 10 if(pipe(fd) < 0) // 创建管道 11 printf("Create Pipe Error!\n"); 12 13 if((pid = fork()) < 0) // 创建子进程 14 printf("Fork Error!\n"); 15 else if(pid > 0) // 父进程 16 { 17 close(fd[0]); // 关闭读端 18 write(fd[1], "hello world\n", 12); 19 } 20 else 21 { 22 close(fd[1]); // 关闭写端 23 read(fd[0], buff, 20); 24 printf("%s", buff); 25 } 26 27 return 0; 28 }
### 二、FIFO
FIFO，也称为命名管道，它是一种文件类型。
#### 1、特点
1. FIFO可以在无关的进程之间交换数据，与无名管道不同。
2. FIFO有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。
#### 2、原型
1 #include <sys/stat.h> 2 // 返回值：成功返回0，出错返回-1 3 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
其中的 mode 参数与`open`函数中的 mode 相同。一旦创建了一个 FIFO，就可以用一般的文件I/O函数操作它。
当 open 一个FIFO时，是否设置非阻塞标志（`O_NONBLOCK`）的区别：
* 若没有指定`O_NONBLOCK`（默认），只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO。类似的，只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它。
* 若指定了`O_NONBLOCK`，则只读 open 立即返回。而只写 open 将出错返回 -1 如果没有进程已经为读而打开该 FIFO，其errno置ENXIO。
#### 3、例子
FIFO的通信方式类似于在进程中使用文件来传输数据，只不过FIFO类型文件同时具有管道的特性。在数据读出时，FIFO管道中同时清除数据，并且“先进先出”。下面的例子演示了使用 FIFO 进行 IPC 的过程：
write\_fifo.c
1 #include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h> // exit
3 #include<fcntl.h> // O_WRONLY
4 #include<sys/stat.h>
5 #include<time.h> // time
6
7 int main()
8 {
9 int fd;
10 int n, i;
11 char buf[1024];
12 time_t tp;
13
14 printf("I am %d process.\n", getpid()); // 说明进程ID
15
16 if((fd = open("fifo1", O_WRONLY)) < 0) // 以写打开一个FIFO
17 {
18 perror("Open FIFO Failed");
19 exit(1);
20 }
21
22 for(i=0; i<10; ++i)
23 {
24 time(&tp); // 取系统当前时间
25 n=sprintf(buf,"Process %d's time is %s",getpid(),ctime(&tp));
26 printf("Send message: %s", buf); // 打印
27 if(write(fd, buf, n+1) < 0) // 写入到FIFO中
28 {
29 perror("Write FIFO Failed");
30 close(fd);
31 exit(1);
32 }
33 sleep(1); // 休眠1秒
34 }
35
36 close(fd); // 关闭FIFO文件
37 return 0;
38 }
read\_fifo.c
1 #include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<errno.h>
4 #include<fcntl.h>
5 #include<sys/stat.h>
6
7 int main()
8 {
9 int fd;
10 int len;
11 char buf[1024];
12
13 if(mkfifo("fifo1", 0666) < 0 && errno!=EEXIST) // 创建FIFO管道
14 perror("Create FIFO Failed");
15
16 if((fd = open("fifo1", O_RDONLY)) < 0) // 以读打开FIFO
17 {
18 perror("Open FIFO Failed");
19 exit(1);
20 }
21
22 while((len = read(fd, buf, 1024)) > 0) // 读取FIFO管道
23 printf("Read message: %s", buf);
24
25 close(fd); // 关闭FIFO文件
26 return 0;
27 }
在两个终端里用 gcc 分别编译运行上面两个文件，可以看到输出结果如下：
1 [cheesezh@localhost]$ ./write_fifo 2 I am 5954 process. 3 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:28 2015 4 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:29 2015 5 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:30 2015 6 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:31 2015 7 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:32 2015 8 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:33 2015 9 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:34 2015 10 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:35 2015 11 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:36 2015 12 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:37 2015
1 [cheesezh@localhost]$ ./read_fifo 2 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:28 2015 3 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:29 2015 4 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:30 2015 5 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:31 2015 6 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:32 2015 7 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:33 2015 8 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:34 2015 9 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:35 2015 10 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:36 2015 11 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:37 2015
上述例子可以扩展成 客户进程—服务器进程 通信的实例，`write_fifo`的作用类似于客户端，可以打开多个客户端向一个服务器发送请求信息，`read_fifo`类似于服务器，它适时监控着FIFO的读端，当有数据时，读出并进行处理，但是有一个关键的问题是，每一个客户端必须预先知道服务器提供的FIFO接口，下图显示了这种安排：
### 三、消息队列
消息队列，是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标识。
#### 1、特点
1. 消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。
2. 消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除。
3. 消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。
#### 2、原型
1 #include <sys/msg.h> 2 // 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1 3 int msgget(key_t key, int flag); 4 // 添加消息：成功返回0，失败返回-1 5 int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag); 6 // 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1 7 int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag); 8 // 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1 9 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
在以下两种情况下，`msgget`将创建一个新的消息队列：
* 如果没有与键值key相对应的消息队列，并且flag中包含了`IPC_CREAT`标志位。
* key参数为`IPC_PRIVATE`。
函数`msgrcv`在读取消息队列时，type参数有下面几种情况：
* `type == 0`，返回队列中的第一个消息；
* `type > 0`，返回队列中消息类型为 type 的第一个消息；
* `type < 0`，返回队列中消息类型值小于或等于 type 绝对值的消息，如果有多个，则取类型值最小的消息。
可以看出，type值非 0 时用于以非先进先出次序读消息。也可以把 type 看做优先级的权值。（其他的参数解释，请自行Google之）
#### 3、例子
下面写了一个简单的使用消息队列进行IPC的例子，服务端程序一直在等待特定类型的消息，当收到该类型的消息以后，发送另一种特定类型的消息作为反馈，客户端读取该反馈并打印出来。
msg\_server.c
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <sys/msg.h>
4
5 // 用于创建一个唯一的key
6 #define MSG_FILE "/etc/passwd"
7
8 // 消息结构
9 struct msg_form {
10 long mtype;
11 char mtext[256];
12 };
13
14 int main()
15 {
16 int msqid;
17 key_t key;
18 struct msg_form msg;
19
20 // 获取key值
21 if((key = ftok(MSG_FILE,'z')) < 0)
22 {
23 perror("ftok error");
24 exit(1);
25 }
26
27 // 打印key值
28 printf("Message Queue - Server key is: %d.\n", key);
29
30 // 创建消息队列
31 if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
32 {
33 perror("msgget error");
34 exit(1);
35 }
36
37 // 打印消息队列ID及进程ID
38 printf("My msqid is: %d.\n", msqid);
39 printf("My pid is: %d.\n", getpid());
40
41 // 循环读取消息
42 for(;;)
43 {
44 msgrcv(msqid, &msg, 256, 888, 0);// 返回类型为888的第一个消息
45 printf("Server: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext);
46 printf("Server: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype);
47
48 msg.mtype = 999; // 客户端接收的消息类型
49 sprintf(msg.mtext, "hello, I'm server %d", getpid());
50 msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
51 }
52 return 0;
53 }
msg\_client.c
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <sys/msg.h> 4 5 // 用于创建一个唯一的key 6 #define MSG_FILE "/etc/passwd" 7 8 // 消息结构 9 struct msg_form { 10 long mtype; 11 char mtext[256]; 12 }; 13 14 int main() 15 { 16 int msqid; 17 key_t key; 18 struct msg_form msg; 19 20 // 获取key值 21 if ((key = ftok(MSG_FILE, 'z')) < 0) 22 { 23 perror("ftok error"); 24 exit(1); 25 } 26 27 // 打印key值 28 printf("Message Queue - Client key is: %d.\n", key); 29 30 // 打开消息队列 31 if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1) 32 { 33 perror("msgget error"); 34 exit(1); 35 } 36 37 // 打印消息队列ID及进程ID 38 printf("My msqid is: %d.\n", msqid); 39 printf("My pid is: %d.\n", getpid()); 40 41 // 添加消息，类型为888 42 msg.mtype = 888; 43 sprintf(msg.mtext, "hello, I'm client %d", getpid()); 44 msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0); 45 46 // 读取类型为777的消息 47 msgrcv(msqid, &msg, 256, 999, 0); 48 printf("Client: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext); 49 printf("Client: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype); 50 return 0; 51 }
### 四、信号量
信号量（semaphore）与已经介绍过的 IPC 结构不同，它是一个计数器。信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。
#### 1、特点
1. 信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存。
2. 信号量基于操作系统的 PV 操作，程序对信号量的操作都是原子操作。
3. 每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，而且可以加减任意正整数。
4. 支持信号量组。
#### 2、原型
最简单的信号量是只能取 0 和 1 的变量，这也是信号量最常见的一种形式，叫做二值信号量（Binary Semaphore）。而可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。
Linux 下的信号量函数都是在通用的信号量数组上进行操作，而不是在一个单一的二值信号量上进行操作。
1 #include <sys/sem.h>
2 // 创建或获取一个信号量组：若成功返回信号量集ID，失败返回-1
3 int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
4 // 对信号量组进行操作，改变信号量的值：成功返回0，失败返回-1
5 int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);
6 // 控制信号量的相关信息
7 int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);
当`semget`创建新的信号量集合时，必须指定集合中信号量的个数（即`num_sems`），通常为1； 如果是引用一个现有的集合，则将`num_sems`指定为 0 。
在`semop`函数中，`sembuf`结构的定义如下：
1 struct sembuf 2 { 3 short sem_num; // 信号量组中对应的序号，0～sem_nums-1 4 short sem_op; // 信号量值在一次操作中的改变量 5 short sem_flg; // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO 6 }
其中 sem\_op 是一次操作中的信号量的改变量：
* 若`sem_op > 0`，表示进程释放相应的资源数，将 sem\_op 的值加到信号量的值上。如果有进程正在休眠等待此信号量，则换行它们。
* 若`sem_op < 0`，请求 sem\_op 的绝对值的资源。
+ 如果相应的资源数可以满足请求，则将该信号量的值减去sem\_op的绝对值，函数成功返回。
+ 当相应的资源数不能满足请求时，这个操作与`sem_flg`有关。
- sem\_flg 指定`IPC_NOWAIT`，则semop函数出错返回`EAGAIN`。
- sem\_flg 没有指定`IPC_NOWAIT`，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：
1. 当相应的资源数可以满足请求，此信号量的semncnt值减1，该信号量的值减去sem\_op的绝对值。成功返回；
2. 此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
3. 进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，此情况下将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR
* 若`sem_op == 0`，进程阻塞直到信号量的相应值为0：
+ 当信号量已经为0，函数立即返回。
+ 如果信号量的值不为0，则依据`sem_flg`决定函数动作：
- sem\_flg指定`IPC_NOWAIT`，则出错返回`EAGAIN`。
- sem\_flg没有指定`IPC_NOWAIT`，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：
1. 信号量值为0，将信号量的semzcnt的值减1，函数semop成功返回；
2. 此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
3. 进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，在此情况将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR
在`semctl`函数中的命令有多种，这里就说两个常用的：
* `SETVAL`：用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。
* `IPC_RMID`：删除一个信号量集合。如果不删除信号量，它将继续在系统中存在，即使程序已经退出，它可能在你下次运行此程序时引发问题，而且信号量是一种有限的资源。
#### 3、例子
1 #include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<sys/sem.h>
4
5 // 联合体，用于semctl初始化
6 union semun
7 {
8 int val; /for SETVAL/
9 struct semid_ds *buf;
10 unsigned short *array;
11 };
12
13 // 初始化信号量
14 int init_sem(int sem_id, int value)
15 {
16 union semun tmp;
17 tmp.val = value;
18 if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)
19 {
20 perror("Init Semaphore Error");
21 return -1;
22 }
23 return 0;
24 }
25
26 // P操作:
27 // 若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1
28 // 若信号量值为0，进程挂起等待
29 int sem_p(int sem_id)
30 {
31 struct sembuf sbuf;
32 sbuf.sem_num = 0; /序号/
33 sbuf.sem_op = -1; /P操作/
34 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
35
36 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
37 {
38 perror("P operation Error");
39 return -1;
40 }
41 return 0;
42 }
43
44 // V操作：
45 // 释放资源并将信号量值+1
46 // 如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
47 int sem_v(int sem_id)
48 {
49 struct sembuf sbuf;
50 sbuf.sem_num = 0; /序号/
51 sbuf.sem_op = 1; /V操作/
52 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
53
54 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
55 {
56 perror("V operation Error");
57 return -1;
58 }
59 return 0;
60 }
61
62 // 删除信号量集
63 int del_sem(int sem_id)
64 {
65 union semun tmp;
66 if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1)
67 {
68 perror("Delete Semaphore Error");
69 return -1;
70 }
71 return 0;
72 }
73
74
75 int main()
76 {
77 int sem_id; // 信号量集ID
78 key_t key;
79 pid_t pid;
80
81 // 获取key值
82 if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
83 {
84 perror("ftok error");
85 exit(1);
86 }
87
88 // 创建信号量集，其中只有一个信号量
89 if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1)
90 {
91 perror("semget error");
92 exit(1);
93 }
94
95 // 初始化：初值设为0资源被占用
96 init_sem(sem_id, 0);
97
98 if((pid = fork()) == -1)
99 perror("Fork Error");
100 else if(pid == 0) /子进程/
101 {
102 sleep(2);
103 printf("Process child: pid=%d\n", getpid());
104 sem_v(sem_id); /释放资源/
105 }
106 else /父进程/
107 {
108 sem_p(sem_id); /等待资源/
109 printf("Process father: pid=%d\n", getpid());
110 sem_v(sem_id); /释放资源/
111 del_sem(sem_id); /删除信号量集/
112 }
113 return 0;
114 }
上面的例子如果不加信号量，则父进程会先执行完毕。这里加了信号量让父进程等待子进程执行完以后再执行。
### 五、共享内存
共享内存（Shared Memory），指两个或多个进程共享一个给定的存储区。
#### 1、特点
1. 共享内存是最快的一种 IPC，因为进程是直接对内存进行存取。
2. 因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步。
3. 信号量+共享内存通常结合在一起使用，信号量用来同步对共享内存的访问。
#### 2、原型
1 #include <sys/shm.h> 2 // 创建或获取一个共享内存：成功返回共享内存ID，失败返回-1 3 int shmget(key_t key, size_t size, int flag); 4 // 连接共享内存到当前进程的地址空间：成功返回指向共享内存的指针，失败返回-1 5 void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag); 6 // 断开与共享内存的连接：成功返回0，失败返回-1 7 int shmdt(void *addr); 8 // 控制共享内存的相关信息：成功返回0，失败返回-1 9 int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);
当用`shmget`函数创建一段共享内存时，必须指定其 size；而如果引用一个已存在的共享内存，则将 size 指定为0 。
当一段共享内存被创建以后，它并不能被任何进程访问。必须使用`shmat`函数连接该共享内存到当前进程的地址空间，连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间，随后可像本地空间一样访问。
`shmdt`函数是用来断开`shmat`建立的连接的。注意，这并不是从系统中删除该共享内存，只是当前进程不能再访问该共享内存而已。
`shmctl`函数可以对共享内存执行多种操作，根据参数 cmd 执行相应的操作。常用的是`IPC_RMID`（从系统中删除该共享内存）。
#### 3、例子
下面这个例子，使用了【共享内存+信号量+消息队列】的组合来实现服务器进程与客户进程间的通信。
* 共享内存用来传递数据；
* 信号量用来同步；
* 消息队列用来 在客户端修改了共享内存后 通知服务器读取。
server.c
1 #include<stdio.h> 2 #include<stdlib.h> 3 #include<sys/shm.h> // shared memory 4 #include<sys/sem.h> // semaphore 5 #include<sys/msg.h> // message queue 6 #include<string.h> // memcpy 7 8 // 消息队列结构 9 struct msg_form { 10 long mtype; 11 char mtext; 12 }; 13 14 // 联合体，用于semctl初始化 15 union semun 16 { 17 int val; /for SETVAL/ 18 struct semid_ds *buf; 19 unsigned short *array; 20 }; 21 22 // 初始化信号量 23 int init_sem(int sem_id, int value) 24 { 25 union semun tmp; 26 tmp.val = value; 27 if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1) 28 { 29 perror("Init Semaphore Error"); 30 return -1; 31 } 32 return 0; 33 } 34 35 // P操作: 36 // 若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1 37 // 若信号量值为0，进程挂起等待 38 int sem_p(int sem_id) 39 { 40 struct sembuf sbuf; 41 sbuf.sem_num = 0; /序号/ 42 sbuf.sem_op = -1; /P操作/ 43 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO; 44 45 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1) 46 { 47 perror("P operation Error"); 48 return -1; 49 } 50 return 0; 51 } 52 53 // V操作： 54 // 释放资源并将信号量值+1 55 // 如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们 56 int sem_v(int sem_id) 57 { 58 struct sembuf sbuf; 59 sbuf.sem_num = 0; /序号/ 60 sbuf.sem_op = 1; /V操作/ 61 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO; 62 63 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1) 64 { 65 perror("V operation Error"); 66 return -1; 67 } 68 return 0; 69 } 70 71 // 删除信号量集 72 int del_sem(int sem_id) 73 { 74 union semun tmp; 75 if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1) 76 { 77 perror("Delete Semaphore Error"); 78 return -1; 79 } 80 return 0; 81 } 82 83 // 创建一个信号量集 84 int creat_sem(key_t key) 85 { 86 int sem_id; 87 if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1) 88 { 89 perror("semget error"); 90 exit(-1); 91 } 92 init_sem(sem_id, 1); /初值设为1资源未占用/ 93 return sem_id;
既有适合小白学习的零基础资料，也有适合3年以上经验的小伙伴深入学习提升的进阶课程，涵盖了95%以上物联网嵌入式知识点，真正体系化！
由于文件比较多，这里只是将部分目录截图出来，全套包含大厂面经、学习笔记、源码讲义、实战项目、大纲路线、电子书籍、讲解视频，并且后续会持续更新
