一.多進程程序的特點
由于UNIX系統(tǒng)是分時多用戶系統(tǒng), CPU按時間片分配給各個用戶使用, 而在
實質(zhì)上應該說CPU按時間片分配給各個進程使用, 每個進程都有自己的運行環(huán)境
以使得在CPU做進程切換時不會"忘記"該進程已計算了一半的"半成品". 以DOS
的概念來說, 進程的切換都是一次"DOS中斷"處理過程, 包括三個層次:
(1)用戶數(shù)據(jù)的保存: 包括正文段(TEXT), 數(shù)據(jù)段(DATA,BSS), 棧段
(STACK), 共享內(nèi)存段(SHARED MEMORY)的保存.
(2)寄存器數(shù)據(jù)的保存: 包括PC(program counter,指向下一條要執(zhí)行的指
令的地址), PSW(processor status word,處理機狀態(tài)字), SP(stack
pointer,棧指針), PCBP(pointer of process control block,進程控
制塊指針), FP(frame pointer,指向棧中一個函數(shù)的local變量的首地
址), AP(augument pointer,指向棧中函數(shù)調(diào)用的實參位置), ISP(
interrupt stack pointer,中斷棧指針), 以及其他的通用寄存器等.
(3)系統(tǒng)層次的保存: 包括proc,u,虛擬存儲空間管理表格,中斷處理棧.
以便于該進程再一次得到CPU時間片時能正常運行下去.
既然系統(tǒng)已經(jīng)處理好所有這些中斷處理的過程, 我們做程序還有什么要擔
心的呢? 我們盡可以使用系統(tǒng)提供的多進程的特點, 讓幾個程序精誠合作, 簡
單而又高效地把結(jié)果給它搞出來.
另外,UNIX系統(tǒng)本身也是用C語言寫的多進程程序,多進程編程是UNIX的特
點,當我們熟悉了多進程編程后,將會對UNIX系統(tǒng)機制有一個較深的認識.
首先我介紹一下多進程程序的一些突出的特點:
1.并行化
一件復雜的事件是可以分解成若干個簡單事件來解決的, 這在程序員
的大腦中早就形成了這種概念, 首先將問題分解成一個個小問題, 將小問
題再細分, 最后在一個合適的規(guī)模上做成一個函數(shù). 在軟件工程中也是這
么說的. 如果我們以圖的方式來思考, 一些小問題的計算是可以互不干擾
的, 可以同時處理, 而在關鍵點則需要統(tǒng)一在一個地方來處理, 這樣程序
的運行就是并行的, 至少從人的時間觀念上來說是這樣的. 而每個小問題
的計算又是較簡單的.
2.簡單有序
這樣的程序?qū)Τ绦騿T來說不亞于管理一班人, 程序員為每個進程設計
好相應的功能, 并通過一定的通訊機制將它們有機地結(jié)合在一起, 對每個
進程的設計是簡單的, 只在總控部分小心應付(其實也是蠻簡單的), 就可
完成整個程序的施工.
3.互不干擾
這個特點是操作系統(tǒng)的特點, 各個進程是獨立的, 不會串位.
4.事務化
比如在一個數(shù)據(jù)電話查詢系統(tǒng)中, 將程序設計成一個進程只處理一次
查詢即可, 即完成一個事務. 當電話查詢開始時, 產(chǎn)生這樣一個進程對付
這次查詢; 另一個電話進來時, 主控程序又產(chǎn)生一個這樣的進程對付, 每
個進程完成查詢?nèi)蝿蘸笙? 這樣的編程多簡單, 只要做一次查詢的程序
就可以了.
二.常用的多進程編程的系統(tǒng)調(diào)用
1.fork()
功能:創(chuàng)建一個新的進程.
語法:#include
#include
pid_t fork();
說明:本系統(tǒng)調(diào)用產(chǎn)生一個新的進程, 叫子進程, 是調(diào)用進程的一個復
制品. 調(diào)用進程叫父進程, 子進程繼承了父進程的幾乎所有的屬
性:
. 實際UID,GID和有效UID,GID.
. 環(huán)境變量.
. 附加GID.
. 調(diào)用exec()時的關閉標志.
. UID設置模式比特位.
. GID設置模式比特位.
. 進程組號.
. 會話ID.
. 控制終端.
. 當前工作目錄.
. 根目錄.
. 文件創(chuàng)建掩碼UMASK.
. 文件長度限制ULIMIT.
. 預定值, 如優(yōu)先級和任何其他的進程預定參數(shù), 根據(jù)種類不同
決定是否可以繼承.
. 還有一些其它屬性.
但子進程也有與父進程不同的屬性:
. 進程號, 子進程號不同與任何一個活動的進程組號.
. 父進程號.
. 子進程繼承父進程的文件描述符或流時, 具有自己的一個拷貝
并且與父進程和其它子進程共享該資源.
. 子進程的用戶時間和系統(tǒng)時間被初始化為0.
. 子進程的超時時鐘設置為0.
. 子進程的信號處理函數(shù)指針組置為空.
. 子進程不繼承父進程的記錄鎖.
返回值: 調(diào)用成功則對子進程返回0, 對父進程返回子進程號, 這也是
最方便的區(qū)分父子進程的方法. 若調(diào)用失敗則返回-1給父進程,
子進程不生成.
例子:pid_t pid;
if ((pid=fork())>0) {
/*父進程處理過程*/
}
else if (pid==0) {
/*子進程處理過程*/
exit(0); /*注意子進程必須用exit()退出運行*/
}
else {
printf("fork error\n");
exit(0);
}
2.system()
功能:產(chǎn)生一個新的進程, 子進程執(zhí)行指定的命令.
語法:#include
#include
int system(string)
char *string;
說明:本調(diào)用將參數(shù)string傳遞給一個命令解釋器(一般為sh)執(zhí)行, 即
string被解釋為一條命令, 由sh執(zhí)行該命令.若參數(shù)string為一
個空指針則為檢查命令解釋器是否存在.
該命令可以同命令行命令相同形式, 但由于命令做為一個參數(shù)放
在系統(tǒng)調(diào)用中, 應注意編譯時對特殊意義字符的處理. 命令的查
找是按PATH環(huán)境變量的定義的. 命令所生成的后果一般不會對父
進程造成影響.
返回值:當參數(shù)為空指針時, 只有當命令解釋器有效時返回值為非零.
若參數(shù)不為空指針, 返回值為該命令的返回狀態(tài)(同waitpid())
的返回值. 命令無效或語法錯誤則返回非零值,所執(zhí)行的命令被
終止. 其他情況則返回-1.
例子:char command[81];
int i;
for (i=1;i<8;i++) {
sprintf(command,"ps -t tty%02i",i);
system(command);
}
3.exec()
功能:執(zhí)行一個文件
語法:#include
int execl(path,arg0,...,argn,(char*)0)
char *path,*arg0,...,*argn;
int execv(path,argv)
char *path,*argv[];
int execle(path,arg0,...,argn,(char*)0,envp)
char *path,*arg0,...,*argn,*envp[];
int execve(path,argv,envp)
char *path,*argv[],*envp[];
int execvp(file,argv)
char *file,*argv[];
說明:這是一個系統(tǒng)調(diào)用族, 用于將一個新的程序調(diào)入本進程所占的內(nèi)
存, 并覆蓋之, 產(chǎn)生新的內(nèi)存進程映象. 新的程序可以是可執(zhí)行
文件或SHELL批命令.
當C程序被執(zhí)行時,是如下調(diào)用的:
main(int argc,char *argv[],char *envp[]);
argc是參數(shù)個數(shù),是各個參數(shù)字符串指針數(shù)組,envp是新進程的環(huán)
境變量字符串的指針數(shù)組.argc至少為1,argv[0]為程序文件名,
所以,在上面的exec系統(tǒng)調(diào)用族中,path為新進程文件的路徑名,
file為新進程文件名,若file不是全路徑名,系統(tǒng)調(diào)用會按PATH環(huán)
境變量自動找對應的可執(zhí)行文件運行.若新進程文件不是一個可
執(zhí)行的目標文件(如批處理文件),則execlp()和execvp()會將該
文件內(nèi)容作為一個命令解釋器的標準輸入形成system().
arg0,...等指針指向'\0'結(jié)束的字符串,組成新進程的有效參數(shù),
且該參數(shù)列表以一個空指針結(jié)束.反過來,arg0至少必須存在并指
向新進程文件名或路徑名.
同樣,argv是字符串指針數(shù)組,argv[0]指向新進程文件名或路徑
名,并以一空指針結(jié)束.
envp是一個字符串指針數(shù)組,以空指針結(jié)束,這些字符串組成新進
程的環(huán)境.
在調(diào)用這些系統(tǒng)調(diào)用前打開的文件指針對新進程來說也是打開的,
除非它已定義了close-on-exec標志.打開的文件指針在新進程中
保持不變,所有相關的文件鎖也被保留.
調(diào)用進程設置并正被捕俘的信號在新進程中被恢復為缺省設置,
其它的則保持不變.
新進程啟動時按文件的SUID和SGID設置定義文件的UID和GID為有
效UID和GID.
新進程還繼承了如下屬性:
. 附加GID.
. 進程號.
. 父進程號.
. 進程組號.
. 會話號.
. 控制終端.
. alarm時鐘信號剩下的時間.
. 當前工作目錄.
. 根目錄.
. 文件創(chuàng)建掩碼.
. 資源限制.
. 用戶時間,系統(tǒng)時間,子進程用戶時間,子進程系統(tǒng)時間.
. 記錄鎖.
. 進程信號掩碼.
. 信號屏蔽.
. 優(yōu)先級.
. 預定值.
調(diào)用成功后,系統(tǒng)調(diào)用修改新進程文件的最新訪問時間.
返回值:該系統(tǒng)調(diào)用一般不會有成功返回值, 因為原來的進程已蕩然無
存.
例子:printf("now this process will be ps command\n");
execl("/bin/ps","ps","-ef",NULL);
4.popen()
功能:初始化從/到一個進程的管道.
語法:#include
FILE *popen(command,type)
char *command,type;
說明:本系統(tǒng)調(diào)用在調(diào)用進程和被執(zhí)行命令間創(chuàng)建一個管道.
參數(shù)command做為被執(zhí)行的命令行.type做為I/O模式,"r"為從被
執(zhí)行命令讀,"w"為向被執(zhí)行命令寫.返回一個標準流指針,做為管
道描述符,向被執(zhí)行命令讀或?qū)憯?shù)據(jù)(做為被執(zhí)行命令的STDIN或
STDOUT)該系統(tǒng)調(diào)用可以用來在程序中調(diào)用系統(tǒng)命令,并取得命令
的輸出信息或者向命令輸入信息.
返回值:不成功則返回NULL,成功則返回管道的文件指針.
5.pclose()
功能:關閉到一個進程的管道.
語法:#include
int pclose(strm)
FILE *strm;
說明:本系統(tǒng)調(diào)用用于關閉由popen()打開的管道,并會等待由popen()
激活的命令執(zhí)行結(jié)束后,關閉管道后讀取命令返回碼.
返回值:若關閉的文件描述符不是由popen()打開的,則返回-1.
例子:printf("now this process will call popen system call\n");
FILE * fd;
if ((fd=popen("ps -ef","r"))==NULL) {
printf("call popen failed\n");
return;
}
else {
char str[80];
while (fgets(str,80,fd)!=NULL)
printf("%s\n",str);
}
pclose(fd);
6.wait()
功能:等待一個子進程返回并修改狀態(tài)
語法:#include
#include
pid_t wait(stat_loc)
int *stat_loc;
說明:允許調(diào)用進程取得子進程的狀態(tài)信息.調(diào)用進程將會掛起直到其
一個子進程終止.
返回值:等待到一個子進程返回時,返回值為該子進程號,否則返回值為
-1.同時stat_loc返回子進程的返回值.
例子:/*父進程*/
if (fork()>0) {
wait((int *)0);
/*父進程等待子進程的返回*/
}
else {
/*子進程處理過程*/
exit(0);
}
7.waitpid()
功能:等待指定進程號的子進程的返回并修改狀態(tài)
語法:#include
#include
pid_t waitpid(pid,stat_loc,options)
pid_t pid;
int *stat_loc,options;
說明:當pid等于-1,options等于0時,該系統(tǒng)調(diào)用等同于wait().否則該
系統(tǒng)調(diào)用的行為由參數(shù)pid和options決定.
pid指定了一組父進程要求知道其狀態(tài)的子進程:
-1:要求知道任何一個子進程的返回狀態(tài).
>0:要求知道進程號為pid值的子進程的狀態(tài).
<-1:要求知道進程組號為pid的絕對值的子進程的狀態(tài).
options參數(shù)為以比特方式表示的標志以或運算組成的位圖,每個
標志以字節(jié)中某個比特置1表示:
WUNTRACED:報告任何未知而又已停止運行的指定進程號的子進
程的狀態(tài).該子進程的狀態(tài)自停止運行時起就沒有被報告
過.
WCONTINUED:報告任何繼續(xù)運行的指定進程號的子進程的狀態(tài),
該子進程的狀態(tài)自繼續(xù)運行起就沒有被報告過.
WHOHANG:若調(diào)用本系統(tǒng)調(diào)用時,指定進程號的子進程的狀態(tài)目
前并不是立即有效的(即可被立即讀取的),調(diào)用進程并被
暫停執(zhí)行.
WNOWAIT:保持將其狀態(tài)設置在stat_loc的進程在可等待狀態(tài).
該進程將等待直到下次被要求其返回狀態(tài)值.
返回值:等待到一個子進程返回時,返回值為該子進程號,否則返回值為
-1.同時stat_loc返回子進程的返回值.
例子:pid_t pid;
int stat_loc;
/*父進程*/
if ((pid=fork())>0) {
waitpid(pid,&stat_loc,0);
/*父進程等待進程號為pid的子進程的返回*/
}
else {
/*子進程的處理過程*/
exit(1);
}
/*父進程*/
printf("stat_loc is [%d]\n",stat_loc);
/*字符串"stat_loc is [1]"將被打印出來*/
8.setpgrp()
功能:設置進程組號和會話號.
語法:#include
pid_t setpgrp()
說明:若調(diào)用進程不是會話首進程.將進程組號和會話號都設置為與它
的進程號相等.并釋放調(diào)用進程的控制終端.
返回值:調(diào)用成功后,返回新的進程組號.
例子:/*父進程處理*/
if (fork()>0) {
/*父進程處理*/
}
else {
setpgrp();
/*子進程的進程組號已修改成與它的進程號相同*/
exit(0);
}
9.exit()
功能:終止進程.
語法:#include
void exit(status)
int status;
說明:調(diào)用進程被該系統(tǒng)調(diào)用終止.引起附加的處理在進程被終止前全
部結(jié)束.
返回值:無
10.signal()
功能:信號管理功能
語法:#include
void (*signal(sig,disp))(int)
int sig;
void (*disp)(int);
void (*sigset(sig,disp))(int)
int sig;
void (*disp)(int);
int sighold(sig)
int sig;
int sigrelse(sig)
int sig;
int sigignore(sig)
int sig;
int sigpause(sig)
int sig;
說明:這些系統(tǒng)調(diào)用提供了應用程序?qū)χ付ㄐ盘柕暮唵蔚男盘柼幚?
signal()和sigset()用于修改信號定位.參數(shù)sig指定信號(除了
SIGKILL和SIGSTOP,這兩種信號由系統(tǒng)處理,用戶程序不能捕捉到).
disp指定新的信號定位,即新的信號處理函數(shù)指針.可以為
SIG_IGN,SIG_DFL或信號句柄地址.
若使用signal(),disp是信號句柄地址,sig不能為SIGILL,SIGTRAP
或SIGPWR,收到該信號時,系統(tǒng)首先將重置sig的信號句柄為SIG_DFL,
然后執(zhí)行信號句柄.
若使用sigset(),disp是信號句柄地址,該信號時,系統(tǒng)首先將該
信號加入調(diào)用進程的信號掩碼中,然后執(zhí)行信號句柄.當信號句柄
運行結(jié)束
后,系統(tǒng)將恢復調(diào)用進程的信號掩碼為信號收到前的狀態(tài).另外,
使用sigset()時,disp為SIG_HOLD,則該信號將會加入調(diào)用進程的
信號掩碼中而信號的定位不變.
sighold()將信號加入調(diào)用進程的信號掩碼中.
sigrelse()將信號從調(diào)用進程的信號掩碼中刪除.
sigignore()將信號的定位設置為SIG_IGN.
sigpause()將信號從調(diào)用進程的信號掩碼中刪除,同時掛起調(diào)用
進程直到收到信號.
若信號SIGCHLD的信號定位為SIG_IGN,則調(diào)用進程的子進程在終
止時不會變成僵死進程.調(diào)用進程也不用等待子進程返回并做相
應處理.
返回值:調(diào)用成功則signal()返回最近調(diào)用signal()設置的disp的值.
否則返回SIG_ERR.
例子一:設置用戶自己的信號中斷處理函數(shù),以SIGINT信號為例:
int flag=0;
void myself()
{
flag=1;
printf("get signal SIGINT\n");
/*若要重新設置SIGINT信號中斷處理函數(shù)為本函數(shù)則執(zhí)行以
*下步驟*/
void (*a)();
a=myself;
signal(SIGINT,a);
flag=2;
}
main()
{
while (1) {
sleep(2000); /*等待中斷信號*/
if (flag==1) {
printf("skip system call sleep\n");
exit(0);
}
if (flag==2) {
printf("skip system call sleep\n");
printf("waiting for next signal\n");
}
}
}
11.kill()
功能:向一個或一組進程發(fā)送一個信號.
語法:#include
#include
int kill(pid,sig);
pid_t pid;
int sig;
說明:本系統(tǒng)調(diào)用向一個或一組進程發(fā)送一個信號,該信號由參數(shù)sig指
定,為系統(tǒng)給出的信號表中的一個.若為0(空信號)則檢查錯誤但
實際上并沒有發(fā)送信號,用于檢查pid的有效性.
pid指定將要被發(fā)送信號的進程或進程組.pid若大于0,則信號將
被發(fā)送到進程號等于pid的進程;若pid等于0則信號將被發(fā)送到所
有的與發(fā)送信號進程同在一個進程組的進程(系統(tǒng)的特殊進程除
外);若pid小于-1,則信號將被發(fā)送到所有進程組號與pid絕對值
相同的進程;若pid等于-1,則信號將被發(fā)送到所有的進程(特殊系
統(tǒng)進程除外).
信號要發(fā)送到指定的進程,首先調(diào)用進程必須有對該進程發(fā)送信
號的權限.若調(diào)用進程有合適的優(yōu)先級則具備有權限.若調(diào)用進程
的實際或有效的UID等于接收信號的進程的實際UID或用setuid()
系統(tǒng)調(diào)用設置的UID,或sig等于SIGCONT同時收發(fā)雙方進程的會話
號相同,則調(diào)用進程也有發(fā)送信號的權限.
若進程有發(fā)送信號到pid指定的任何一個進程的權限則調(diào)用成功,
否則調(diào)用失敗,沒有信號發(fā)出.
返回值:調(diào)用成功則返回0,否則返回-1.
例子:假設前一個例子進程號為324,現(xiàn)向它發(fā)一個SIGINT信號,讓它做
信號處理:
kill((pid_t)324,SIGINT);
12.alarm()
功能:設置一個進程的超時時鐘.
語法:#include
unsigned int alarm(sec)
unsigned int sec;
說明:指示調(diào)用進程的超時時鐘在指定的時間后向調(diào)用進程發(fā)送一個
SIGALRM信號.設置超時時鐘時時間值不會被放入堆棧中,后一次
設置會把前一次(還未到超時時間)沖掉.
若sec為0,則取消任何以前設置的超時時鐘.
fork()會將新進程的超時時鐘初始化為0.而當一個進程用exec()
族系統(tǒng)調(diào)用新的執(zhí)行文件時,調(diào)用前設置的超時時鐘在調(diào)用后仍
有效.
返回值:返回上次設置超時時鐘后到調(diào)用時還剩余的時間秒數(shù).
例子:int flag=0;
void myself()
{
flag=1;
printf("get signal SIGALRM\n");
/*若要重新設置SIGALRM信號中斷處理函數(shù)為本函數(shù)則執(zhí)行
*以下步驟*/
void (*a)();
a=myself;
signal(SIGALRM,a);
flag=2;
}
main()
{
alarm(100); /*100秒后發(fā)超時中斷信號*/
while (1) {
sleep(2000); /*等待中斷信號*/
if (flag==1) {
printf("skip system call sleep\n");
exit(0);
}
if (flag==2) {
printf("skip system call sleep\n");
printf("waiting for next signal\n");
}
}
}
13.msgsnd()
功能:發(fā)送消息到指定的消息隊列中.
語法:#include
#include
#include
int msgsnd(msqid,msgp,msgsz,msgflg)
int msqid;
void *msgp;
size_t msgsz;
int msgflg;
說明:發(fā)送一個消息到由msqid指定消息隊列標識號的消息隊列.
參數(shù)msgp指向一個用戶定義的緩沖區(qū),并且緩沖區(qū)的第一個域應
為長整型,指定消息類型,其他數(shù)據(jù)放在緩沖區(qū)的消息中其他正文
區(qū)內(nèi).下面是消息元素定義:
long mtype;
char mtext[];
mtype是一個整數(shù),用于接收進程選擇消息類型.
mtext是一個長度為msgsz字節(jié)的任何正文,參數(shù)msgsz可從0到系
統(tǒng)允許的最大值間變化.
msgflg指定操作行為:
. 若(msgflg&IPC_NOWAIT)是真的,消息并不是被立即發(fā)送而調(diào)用
進程會立即返回.
. 若(msgflg&IPC_NOWAIT)不是真的,則調(diào)用進程會被掛起直到下
面情況之一發(fā)生:
* 消息被發(fā)送出去.
* 消息隊列標志被系統(tǒng)刪除.系統(tǒng)調(diào)用返回-1.
* 調(diào)用進程接收到一個未被忽略的中斷信號,調(diào)用進程繼續(xù)
執(zhí)行或被終止.
調(diào)用成功后,對應指定的消息隊列的相關結(jié)構做如下動作:
. 消息數(shù)(msg_qnum)加1.
. 消息隊列最近發(fā)送進程號(msg_lspid)改為調(diào)用進程號.
. 消息隊列發(fā)送時間(msg_stime)改為當前系統(tǒng)時間.
以上信息可用命令ipcs -a看到.
返回值:成功則返回0,否則返回-1.
14.msgrcv()
功能:從消息隊列中取得指定類型的消息.
語法:#include
#include
#include
int msgrcv(msqid,msgp,msgsz,msgtyp,msgflg)
int msqid;
void *msgp;
int msgsz;
long msgtyp;
int msgflg;
說明:本系統(tǒng)調(diào)用從由msqid指定的消息隊列中讀取一個由msgtyp指定
類型的消息到由msgp指向的緩沖區(qū)中,同樣的,該緩沖區(qū)的結(jié)構如
前所述,包括消息類型和消息正文.msgsz為可接收的消息正文的
字節(jié)數(shù).若接收到的消息正文的長度大于msgsz,則會被截短到
msgsz字節(jié)為止(當消息標志msgflg&MSG_NOERROR為真時),截掉的
部份將被丟失,而且不通知消息發(fā)送進程.
msgtyp指定消息類型:
. 為0則接收消息隊列中第一個消息.
. 大于0則接收消息隊列中第一個類型為msgtyp的消息.
. 小于0則接收消息隊列中第一個類型值不小于msgtyp絕對值且
類型值又最小的消息.
msgflg指定操作行為:
. 若(msgflg&IPC_NOWAIT)是真的,調(diào)用進程會立即返回,若沒有
接收到消息則返回值為-1,errno設置為ENOMSG.
. 若(msgflg&IPC_NOWAIT)不是真的,則調(diào)用進程會被掛起直到下
面情況之一發(fā)生:
* 隊列中的消息的類型是有效的.
* 消息隊列標志被系統(tǒng)刪除.系統(tǒng)調(diào)用返回-1.
* 調(diào)用進程接收到一個未被忽略的中斷信號,調(diào)用進程繼續(xù)
執(zhí)行或被終止.
調(diào)用成功后,對應指定的消息隊列的相關結(jié)構做如下動作:
. 消息數(shù)(msg_qnum)減1.
. 消息隊列最近接收進程號(msg_lrpid)改為調(diào)用進程號.
. 消息隊列接收時間(msg_rtime)改為當前系統(tǒng)時間.
以上信息可用命令ipcs -a看到.
返回值:調(diào)用成功則返回值等于接收到實際消息正文的字節(jié)數(shù).
不成功則返回-1.
15.msgctl()
功能:消息控制操作
語法:#include
#include
#include
int msgctl(msqid,cmd,buf)
int msqid,cmd;
struct msqid_ds *buf;
說明:本系統(tǒng)調(diào)用提供一系列消息控制操作,操作動作由cmd定義,以下
cmd定義值表明了各操作動作的定義.
. IPC_STAT:將msqid相關的數(shù)據(jù)結(jié)構中各個元素的當前值放入由
buf指向的結(jié)構中.
. IPC_SET:將msqid相關的數(shù)據(jù)結(jié)構中的下列元素設置為由buf指
向的結(jié)構中的對應值.
msg_perm.uid
msg_perm.gid
msg_perm.mode
msg_qbytes
本命令只能由有效UID等于msg_perm.cuid或msg_perm.uid的
進程或有效UID有合適權限的進程操作.只有具有合適權限的
用戶才能增加msg_qbytes的值.
. IPC_RMID:刪除由msqid指示的消息隊列.將它從系統(tǒng)中刪除并
破壞相關的數(shù)據(jù)結(jié)構.
本命令只能由有效UID等于msg_perm.cuid或msg_perm.uid的
進程或有效UID有合適權限的進程操作.
返回值:調(diào)用成功則返回值為0,否則為-1.
16.msgget()
功能:取得一個消息隊列.
語法:#include
#include
#include
int msgget(key,msgflg)
key_t key;
int msgflg;
說明:本系統(tǒng)調(diào)用返回與參數(shù)key相關的消息隊列的標識符.
若以下事實成立,則與消息隊列相關的標識符和數(shù)據(jù)結(jié)構將被創(chuàng)
建出來:
. 若參數(shù)key等于IPC_PRIVATE.
. 若參數(shù)key沒有一個已存在的消息隊列標識符與之相關,同時值
(msgflg&IPC_CREAT)為真.
創(chuàng)建消息隊列時,與新的消息隊列標識符相關的數(shù)據(jù)結(jié)構將被初
始化為如下:
. msg_perm.cuid和msg_perm.uid設置為調(diào)用進程的有效UID.
. msg_perm.cgid和msg_perm.gid設置為調(diào)用進程的有效GID.
. msg_perm.mode訪問權限比特位設置為msgflg訪問權限比特位.
. msg_qnum,msg_lspid,msg_lrpid,msg_stime,msg_rtime設置為0.
. msg_ctime設置為當前系統(tǒng)時間.
. msg_qbytes設置為系統(tǒng)允許的最大值.
返回值:調(diào)用成功則返回一非0值,稱為消息隊列標識符;否則返回值為-1.
例子:本例將包括上述所有消息隊列操作的系統(tǒng)調(diào)用:
#define RKEY 0x9001L /*讀消息隊列的KEY值*/
#define WKEY 0x9002L /*寫消息隊列的KEY值*/
#define MSGFLG 0666 /*消息隊列訪問權限*/
#define IPC_WAIT 0 /*等待方式在include文件中未定義*/
int rmsqid; /*讀消息隊列標識符*/
int wmsqid; /*寫消息隊列標識符*/
struct msgbuf {
long mtype;
char mtext[200];
} buf;
/*若讀消息隊列已存在就取得標識符,否則則創(chuàng)建并取得標識符*/
if ((rmsqid=msgget(RKEY,MSGFLG|IPC_CREAT))<0) {
printf("get read message queue failed\n");
exit(1);
}
/*若寫消息隊列已存在則失敗,若不存在則創(chuàng)建并取得標識符*/
if ((wmsqid=msgget(WKEY,
MSGFLG|IPC_CREAT|IPC_TRUNC))<0) {
printf("get write message queue failed\n");
exit(2);
}
/*接收所有類型的消息*/
if (msgrcv(rmsqid,&buf,sizeof(struct msgbuf)-sizeof(long),
0L,IPC_WAIT)>0)
printf("get %ld type message from queue:%s\n",
buf.mtype,buf.mtext);
else {
printf("get message failed\n");
exit(3);
}
buf.mtype=3L
if (msgsnd(wmsqid,&buf,sizeof(struct msgbuf)-sizeof(long),
IPC_NOWAIT)>0)
printf("send message OK\n");
else {
printf("send message failed\n");
exit(4);
}
msgctl(wmsqid,IPC_RMID,(struct msqid *)NULL);
17.shmat()
功能:聯(lián)接共享內(nèi)存的操作.
語法:#include
#include
#include
void *shmat(shmid,shmaddr,shmflg)
int shmid;
void *shmaddr;
int shmid;
說明:將由shmid指示的共享內(nèi)存聯(lián)接到調(diào)用進程的數(shù)據(jù)段中.被聯(lián)接的
段放在地址,該地址由以下準則指定:
. 若shmaddr等于(void *)0,則段聯(lián)接到由系統(tǒng)選擇的第一個可
用的地址上.
. 若shmaddr不等于(void *)0同時(shmflg&SHM_RND)值為真,則
段聯(lián)接到由(shmaddr-(shmaddr%SHMLBA))給出的地址上.
. 若shmaddr不等于(void *)0同時(shmflg&SHM_RND)值為假,則
段聯(lián)接到由shmaddr指定的地址上.
若(shmflg&sSHM_RDONLY)為真并且調(diào)用進程有讀允許,則被聯(lián)接
的段為只讀;否則,若值不為真且調(diào)用進程有讀寫權限,則被聯(lián)接
的段為可讀寫的.
返回值:若調(diào)用成功則返回被聯(lián)接的共享內(nèi)存段在數(shù)據(jù)段上的啟始地址.
否則返回值為-1.
18.shmdt()
功能:斷開共享內(nèi)存聯(lián)接的操作.
語法:#include
#include
#include
void *shmdt(shmaddr)
void *shmaddr;
說明:本系統(tǒng)調(diào)用將由shmaddr指定的共享內(nèi)存段從調(diào)用進程的數(shù)據(jù)段
脫離出去.
返回值:若調(diào)用成功則返回值為0,否則返回值為-1.
19.shmget()
功能:取得共享內(nèi)存段
語法:#include
#include
#include
int shmget(key,size,shmflg)
key_t key;
int size,shmflg;
說明:本系統(tǒng)調(diào)用返回key相關的共享內(nèi)存標識符.
共享內(nèi)存標識符和相關數(shù)據(jù)結(jié)構及至少size字節(jié)的共享內(nèi)存段能
正常創(chuàng)建,要求以下事實成立:
. 參數(shù)key等于IPC_PRIVATE.
. 參數(shù)key沒有相關的共享內(nèi)存標識符,同時(shmflg&IPC_CREAT)
值為真.
共享內(nèi)存創(chuàng)建時,新生成的共享內(nèi)存標識相關的數(shù)據(jù)結(jié)構被初始
化如下:
. shm_perm.cuid和shm_perm.uid設置為調(diào)用進程的有效UID.
. shm_perm.cgid和shm_perm.gid設置為調(diào)用進程的有效GID.
. shm_perm.mode訪問權限比特位設置為shmflg訪問權限比特位.
. shm_lpid,shm_nattch,shm_atime,shm_dtime設置為0.
. shm_ctime設置為當前系統(tǒng)時間.
. shm_segsz設置為0.
返回值:若調(diào)用成功則返回一個非0值,稱為共享內(nèi)存標識符,否則返回
值為-1.
20.shmctl()
功能:共享內(nèi)存控制操作.
語法:#include
#include
#include
int shmctl(shmid,cmd,buf)
int shmid,cmd;
struct shmid_ds *buf;
說明:本系統(tǒng)調(diào)用提供一系列共享內(nèi)存控制操作.操作行為由cmd指定.
以下為cmd的有效值:
. IPC_STAT:將shmid相關的數(shù)據(jù)結(jié)構中各個元素的當前值放入由
buf指向的結(jié)構中.
. IPC_SET:將shmid相關的數(shù)據(jù)結(jié)構中的下列元素設置為由buf指
向的結(jié)構中的對應值.
shm_perm.uid
shm_perm.gid
shm_perm.mode
本命令只能由有效UID等于shm_perm.cuid或shm_perm.uid的
進程或有效UID有合適權限的進程操作.
. IPC_RMID:刪除由shmid指示的共享內(nèi)存.將它從系統(tǒng)中刪除并
破壞相關的數(shù)據(jù)結(jié)構.
本命令只能由有效UID等于shm_perm.cuid或shm_perm.uid的
進程或有效UID有合適權限的進程操作.
返回值:若調(diào)用成功則返回0,否則返回-1.
例子:本例包括上述所有共享內(nèi)存操作系統(tǒng)調(diào)用:
#include
#include
#include
#define SHMKEY 74
#define K 1024
int shmid;
cleanup()
{
shmctl(shmid,IPC_RMID,0);
exit(0);
}
main()
{
int *pint;
char *addr1,*addr2;
extern char *shmat();
extern cleanup();
for (i=0;i<20;i++)
signal(i,cleanup);
shmid=shmget(SHMKEY,128*K,0777|IPC_CREAT);
addr1=shmat(shmid,0,0);
addr2=shmat(shmid,0,0);
printf("addr1 0x%x addr2 0x%x\n",addr1,addr2);
pint=(int*)addr1;
for (i=0;i<256;i++)
*pint++=i;
pint=(int*)addr1;
*pint=256;
pint=(int*)addr2;
for (i=0;i<256;i++)
printf("index %d\tvalue%d\n",i,*pint++);
shmdt(addr1);
shmdt(addr2);
pause();
}
21.semctl()
功能:信號量控制操作.
語法:#include
#include
#include
int semctl(semid,memnum,cmd,arg)
int semid,semnum,cmd;
union semun {
int val;
struct semid_ds *buf;
ushort *array;
}arg;
說明:本系統(tǒng)調(diào)用提供了一個信號量控制操作,操作行為由cmd定義,這
些命令是對由semid和semnum指定的信號量做操作的.每個命令都
要求有相應的權限級別:
. GETVAL:返回semval的值,要求有讀權限.
. SETVAL:設置semval的值到arg.val上.此命令成功執(zhí)行后,
semadj的值對應的所有進程的信號量全部被清除,要求有修
改權限.
. GETPID:返回sempid的值,要求有讀權限.
. GETNCNT:返回semncnt的值,要求有讀權限.
. GETZCNT:返回semzcnt的值,要求有讀權限.
以下命令在一組信號量中的各個semval上操作:
. GETALL:返回每個semval的值,同時將各個值放入由arg.array
指向的數(shù)組中.當此命令成功執(zhí)行后,semadj的值對應的所有
進程的信號量全部被清除,要求有修改權限.
. SETALL:根據(jù)由arg.array指向的數(shù)組設置各個semval值.當此
命令成功執(zhí)行后,semadj的值對應的所有進程的信號量全部
被清除,要求有修改權限.
以下命令在任何情況下都是有效的:
. IPC_STAT:將與semid相關的數(shù)據(jù)結(jié)構的各個成員的值放入由
arg.buf指向的結(jié)構中.要求有讀權限.
. IPC_SET:設置semid相關數(shù)據(jù)結(jié)構的如下成員,設置數(shù)據(jù)從
arg.buf指向的結(jié)構中讀取:
sem_perm.uid
sem_perm.gid
sem_perm.mode
本命令只能由有效UID等于sem_perm.cuid或sem_perm.uid的
進程或有效UID有合適權限的進程操作.
. IPC_RMID:刪除由semid指定的信號量標識符和相關的一組信號
量及數(shù)據(jù)結(jié)構.本命令只能由有效UID等于sem_perm.cuid或
sem_perm.uid的進程或有效UID有合適權限的進程操作.
返回值:若調(diào)用成功,則根據(jù)cmd返回以下值:
GETVAL:semval的值.
GETPID:sempid的值.
GETNCNT:semncnt的值.
GETZCNT:semzcnt的值.
其他:0.
若調(diào)用失敗則返回-1.
22.semget()
功能:取得一組信號量.
語法:#include
#include
#include
int semget(key,nsems,semflg)
key_t key;
int nsems,semflg;
說明:返回和key相關的信號量標識符.
若以下事實成立,則與信號量標識符,與之相關的semid_ds數(shù)據(jù)結(jié)
構及一組nsems信號量將被創(chuàng)建:
. key等于IPC_PRIVATE.
. 系統(tǒng)內(nèi)還沒有與key相關的信號量,同時(semflg&IPC_CREAT)
為真.
創(chuàng)建時新的信號量相關的semid_ds數(shù)據(jù)結(jié)構被初始化如下:
. 在操作權限結(jié)構,sem_perm.cuid和sem_perm.uid設置等于調(diào)用
進程的有效UID.
. 在操作權限結(jié)構,sem_perm.cgid和sem_perm.gid設置等于調(diào)用
進程的有效GID.
. 訪問權限比特位sem_perm.mode設置等于semflg的訪問權限比
特位.
. sem_otime設置等于0,sem_ctime設置等于當前系統(tǒng)時間.
返回值:若調(diào)用成功,則返回一非0值,稱為信號量標識符;否則返回-1.
23.semop()
功能:信號量操作.
語法:#include
#include
#include
int semop(semid,sops,nsops)
int semid;
struct sembuf *sops;
unsigned nsops;
說明:本系統(tǒng)調(diào)用用于執(zhí)行用戶定義的在一組信號量上操作的行為集合.
該組信號量與semid相關.
參數(shù)sops為一個用戶定義的信號量操作結(jié)構數(shù)組指針.
參數(shù)nsops為該數(shù)組的元素個數(shù).
數(shù)組的每個元素結(jié)構包括如下成員:
sem_num; /* 信號量數(shù) */
sem_op; /* 信號量操作 */
sem_flg; /* 操作標志 */
由本系統(tǒng)調(diào)用定義的每個信號量操作是針對由semid和sem_num指
定的信號量的.變量sem_op指定三種信號量操作的一種:
. 若sem_op為一負數(shù)并且調(diào)用進程具有修改權限,則下列情況之
一將會發(fā)生:
* 若semval不小于sem_op的絕對值,則sem_op的絕對值被減去
semval的值.若(semflg&SEM_UNDO)為真則sem_op的絕對值加
上調(diào)用進程指定的信號量的semadj值.
* 若semval小于sem_op的絕對值同時(semflg&IPC_NOWAIT)為
真,則本調(diào)用立即返回.
* 若semval小于sem_op的絕對值同時(semflg&IPC_NOWAIT)為
假,則本系統(tǒng)調(diào)用將增加指定信號量相關的semncnt值(加一),
將調(diào)用進程掛起直到下列條件之一被滿足:
(1).semval值變成不小于sem_op的絕對值.當這種情況發(fā)
生時,指定的信號量相關的semncnt減一,若
(semflg&SEM_UNDO)為真則sem_op的絕對值加上調(diào)用
進程指定信號量的semadj值.
(2).調(diào)用進程等待的semid已被系統(tǒng)刪除.
(3).調(diào)用進程捕俘到信號,此時,指定信號量的semncnt值
減一,調(diào)用進程執(zhí)行中斷服務程序.
. 若sem_op為一正值,同時調(diào)用進程具有修改權限,sem_op的值加
上semval的值,若(semflg&SEM_UNDO)為真,則sem_op減去調(diào)用
進程指定信號量的semadj值.
. 若sem_op為0,同時調(diào)用進程具有讀權限,下列情況之一將會發(fā)
生:
* 若semval為0,本系統(tǒng)調(diào)用立即返回.
* 若semval不等于0且(semflg&IPC_NOWAIT)為真,本系統(tǒng)調(diào)用
立即返回.
* 若semval不等于0且(semflg&IPC_NOWAIT)為假,本系統(tǒng)調(diào)用
將把指定信號量的
semzcnt值加一,將調(diào)用進程掛起直到下列情況之一發(fā)生:
(1).semval值變?yōu)?時,指定信號量的semzcnt值減一.
(2).調(diào)用進程等待的semid已被系統(tǒng)刪除.
(3).調(diào)用進程捕俘到信號,此時,指定信號量的semncnt值
減一,調(diào)用進程執(zhí)行中斷服務程序.
返回值:調(diào)用成功則返回0,否則返回-1.
例子:本例將包括上述信號量操作的所有系統(tǒng)調(diào)用:
#include
#include
#include
#define SEMKEY 75
int semid;
unsigned int count;
/*在文件sys/sem.h中定義的sembuf結(jié)構
* struct sembuf {
* unsigned short sem_num;
* short sem_op;
* short sem_flg;
* }*/
struct sembuf psembuf,vsembuf; /*P和V操作*/
cleanup()
{
semctl(semid,2,IPC_RMID,0);
exit(0);
}
main(argc,argv)
int argc;
char *argv[];
{
int i,first,second;
short initarray[2],outarray[2];
extern cleanup();
if (argc==1) {
for (i=0;i<20;i++)
signal(i,clearup);
semid=semget(SEMKEY,2,0777|IPC_CREAT);
initarray[0]=initarray[1]=1;
semctl(semid,2,SETALL,initarray);
semctl(semid,2,GETALL,outarray);
printf("sem init vals %d%d \n",
outarray[0],outarray[1]);
pause(); /*睡眠到被一軟件中斷信號喚醒*/
}
else if (argv[1][0]=='a') {
first=0;
second=1;
}
else {
first=1;
second=0;
}
semid=semget(SEMKEY,2,0777);
psembuf.sem_op=-1;
psembuf.sem_flg=SEM_UNDO;
vsembuf.sem_op=1;
vsembuf.sem_flg=SEM_UNDO;
for (count=0;;xcount++) {
psembuf.sem_num=first;
semop(semid,&psembuf,1);
psembuf.sem_num=second;
semop(semid,&psembuf,1);
printf("proc %d count %d\n",getpid(),count);
vsembuf.sem_num=second;
semop(semid,&vsembuf,1);
vsembuf.sem_num=first;
semop(semid,&vsembuf,1);
}
}
24.sdenter()
功能:共享數(shù)據(jù)段同步訪問,加鎖.
語法:#include
int sdenter(addr,flags)
char *addr;
int flags;
說明:用于指示調(diào)用進程即將可以訪問共享數(shù)據(jù)段中的內(nèi)容.
參數(shù)addr為將一個sdget()調(diào)用的有效返回碼.
所執(zhí)行的動作取決于flags的值:
. SD_NOWAIT:若另一個進程已對指定的段調(diào)用本系統(tǒng)調(diào)用且還沒
有調(diào)用sdleave(),并且該段并非用SD_UNLOCK標志創(chuàng)建,則調(diào)
用進程不是等待該段空閑而是立即返回錯誤碼.
. SD_WRITE:指示調(diào)用進程希望向共享數(shù)據(jù)段寫數(shù)據(jù).此時,另一
個進程用SD_RDONLY標志聯(lián)接該共享數(shù)據(jù)段則不被允許.
返回值:調(diào)用成功則返回0,否則返回-1.
25.sdleave()
功能:共享數(shù)據(jù)段同步訪問,解鎖.
語法:#include
int sdleave(addr,flags)
char *addr;
說明:用于指示調(diào)用進程已完成修改共享數(shù)據(jù)段中的內(nèi)容.
返回值:調(diào)用成功則返回0,否則返回-1.
26.sdget()
功能:聯(lián)接共享數(shù)據(jù)段到調(diào)用進程的數(shù)據(jù)空間中.
語法:#include
char *sdget(path,flags,size.mode)
char *path;
int flags;
long size;
int mode;
說明:本系統(tǒng)調(diào)用將共享數(shù)據(jù)段聯(lián)接到調(diào)用進程的數(shù)據(jù)段中,具體動作
由flags的值定義:
. SD_RDONLY:聯(lián)接的段為只讀的.
. SD_WRITE:聯(lián)接的段為可讀寫的.
. SD_CREAT:若由path命名的段存在且不在使用中,本標志的作用
同早先創(chuàng)建一個段相同,否則,該段根據(jù)size和mode的值進程
創(chuàng)建.對段的讀寫訪問權限的授予基于mode給的權限,功能與
一般文件的相同.段被初始化為全0.
. SD_UNLOCK:若用此標志創(chuàng)建該段,則允許有多個進程同時訪問
(在讀寫中)該段.
返回值:若調(diào)用成功則返回聯(lián)接的段地址.否則返回-1.
27.sdfree()
功能:將共享數(shù)據(jù)段從調(diào)用進程的數(shù)據(jù)空間中斷開聯(lián)接.
語法:#include
int sdfree(addr)
char *addr;
說明:本系統(tǒng)調(diào)用將共享數(shù)據(jù)段從調(diào)用進程的數(shù)據(jù)段的指定地址中分離.
若調(diào)用進程已完成sdenter()的調(diào)用,還未調(diào)用sdleave()就調(diào)用
本系統(tǒng)調(diào)用,則sdleave()被自動調(diào)用,然后才做本調(diào)用的工作.
返回值:若調(diào)用成功則返回聯(lián)接的段地址.否則返回-1.
28.sdgetv()
功能:同步共享數(shù)據(jù)訪問.
語法:#include
int sdgetv(addr)
char *addr;
說明:用于同步協(xié)調(diào)正在使用共享數(shù)據(jù)段的進程.返回值為共享數(shù)據(jù)段
的版本號.當有進程對該段做sdleave()操作時,版本號會被修改.
返回值:若調(diào)用成功,則返回指定共享數(shù)據(jù)段的版本號,否則返回-1.
29.sdwaitv()
功能:同步共享數(shù)據(jù)訪問.
語法:#include
int sdwaitv(addr,vnum)
char *addr;
int vnum;
說明:用于同步協(xié)調(diào)正在使用共享數(shù)據(jù)段的進程.返回值為共享數(shù)據(jù)段
的版本號.調(diào)用進程會睡眠直到指定段的版本號不再等于vnum;
返回值:若調(diào)用成功,則返回指定共享數(shù)據(jù)段的版本號,否則返回-1.
30.sbrk()
功能:修改數(shù)據(jù)段空間分配.
語法:char *sbrk(incr)
int incr;
說明:用于動態(tài)修改調(diào)用進程數(shù)據(jù)段的空間分配.進程將重置進程的分
段值并分配一個合適大小的空間.分段值為數(shù)據(jù)段外第一次分配
的地址.要分配的空間的增加量等于分段值的增加量.新分配的空
間設置為0.若相同的內(nèi)存空間重新分配給同一個進程,則空間的
內(nèi)容不確定.
返回值:若成功調(diào)用則返回值為0,否則返回-1.
例子:本例將包括上述共享數(shù)據(jù)空間操作的所有系統(tǒng)調(diào)用:
char * area1;
char buf[21];
int v;
/*取得或創(chuàng)建一個共享數(shù)據(jù)空間(系統(tǒng)特殊文件),名字為
/tmp/area1,長度為640,用戶訪問權限為0777*/
area1=sdget("/tmp/area1",SD_WRITE|SD_CREAT,640,0777);
if ((int)area1==-1) {
printf("get share data segment area1 failed\n");
exit(1);
}
/*取得共享數(shù)據(jù)段area1的版本號*/
v=sdgetv(area1);
/*申請訪問共享數(shù)據(jù)段area1,若已有進程在訪問該段則本進程掛
*起,否則進入訪問并將該數(shù)據(jù)段加寫鎖*/
sdenter(area1,SD_WRITE);
/*對共享數(shù)據(jù)段訪問,寫10個a*/
strcpy(area1,"aaaaaaaaaa");
/*申請解除訪問權限,若已有進程申請訪問則激活該進程*/
sdleave(area1);
/*進程處理過程*/
/*等待取共享數(shù)據(jù)段area1的版本號*/
sdwaitv(area1,v);
/*重新申請訪問共享數(shù)據(jù)段area1*/
sdenter(area1,SD_WRITE);
/*讀取共享數(shù)據(jù)段中的數(shù)據(jù)*/
memcpy(buf,area1,20);
/*申請解除訪問權限,若已有進程申請訪問則激活該進程*/
sdleave(area1);
printf("the data now in area1 is [%s]\n",buf);
31.getenv()
功能:取得指定環(huán)境變量值.
語法:#include
#include
char *getenv(name)
char *name;
說明:本系統(tǒng)調(diào)用檢查環(huán)境字符串(格式如name=value),并在找到有指
定名字的環(huán)境值后,返回指向value字符串的指針.否則返回空指
針.
返回值:如前述.
例子:char * value;
value=getenv("HOME");
printf("HOME = [%s]\n",value);
/*將打印出HOME環(huán)境變量的值*/
32.putenv()
功能:修改或增加環(huán)境值.
語法:#include
int putenv(string)
char *string;
說明:參數(shù)string指向一個字符串,格式如下:
name=value
本系統(tǒng)調(diào)用將環(huán)境變量name等于值value,修改或增加一個環(huán)境變
量,字符串string成為環(huán)境的一部分.
返回值:若putenv()不能取得合適的內(nèi)存空間則返回非0值,否則返回0.
例子:/*父進程處理*/
putenv("HOME=/home/abcdef");
putenv("PATH=/bin");
if (fork()>0)
exit(0); /*父進程退出運行*/
/*子進程處理*/
setpgrp();
/*父進程設置的環(huán)境變量已傳到子進程*/
char * value1;
value1=getenv("HOME");
value2=getenv("PATH");
printf("HOME=[%s],PATH=[%s]\n",value1,value2);
/*將打印出"HOME=/home/abcdef"和"PATH=/bin"*/
三.多進程編程技巧
1.主要程序結(jié)構
(1)事件主控方式
若是應用程序?qū)儆谑聞仗幚矸绞?則在主函數(shù)中設計為監(jiān)控事件發(fā)生,
當事件發(fā)生時,可以生成一個新的進程來處理該事務,事務處理完成后就
可以讓子進程退出系統(tǒng).這種處理方式一般不要消息傳遞.
(2)信息協(xié)調(diào)方式
若是應用程序需要由多個進程協(xié)調(diào)處理完成,則可以生成這些進程,
通過消息在進程間的傳遞,使各個進程能相互協(xié)調(diào),共同完成事務.這種處
理方式一般是用fork()生成幾個進程后,用exec()調(diào)用其它程序文件,使
得不同的程序同時在系統(tǒng)內(nèi)運行.然后通過IPC機制傳送消息,使各個程序
能協(xié)調(diào)運行.
2.選擇主體分叉點
(1)事件初始產(chǎn)生
對應于事件主控方式的程序結(jié)構.關鍵點在于以何種方式選擇事件的
初始發(fā)生點,如網(wǎng)絡程序給出的建鏈信息.主控程序在收到該消息后就認
為是一個事件開始,則可以產(chǎn)生一個子進程處理后面的事務:接收交易信
息,事務處理,發(fā)送返回交易信息,關閉鏈接等,完成后將子進程退出系統(tǒng).
(2)主程序自主產(chǎn)生
對應于信息協(xié)調(diào)方式的程序結(jié)構.主控程序只負責生成幾個子進程,各
個子進程分別調(diào)用exec()將不同的執(zhí)行文件調(diào)入內(nèi)存運行,主控程序在生
成所有的子進程后即可退出系統(tǒng),將子進程留在內(nèi)存中運行.
3.進程間關系處理
(1)父子進程關系
. 進程組處理
進程組的概念是這樣的,當系統(tǒng)啟動時,第一個進程是init,其進程
組號等于進程號,由它產(chǎn)生的所有子進程的進程組號也相同,子進程
的子進程也繼承該進程組號,這樣,由init所生成的所有子進程都屬
于同一個進程組.但是,同一個進程組的父子進程可能在信號上有相
互通訊,若父進程先于子進程退出系統(tǒng),則子進程會成為一個孤兒進
程,可能變成僵死進程.從而使該子進程在其不"愿意"的情況下退出
運行.為解決這個問題,子進程可以自己組成一個新的進程組,即調(diào)
用setpgrp()與原進程組脫離關系,產(chǎn)生一個新的進程組,進程組號
與它的進程號相同.這樣,父進程退出運行后就不會影響子進程的當
前運行.
. 子進程信號處理
但是,單做上述處理還不能解決另一個困難,即子進程在退出運行
時,找不到其父進程(父進程已退出,子進程的父進程號改為1).發(fā)送
子進程退出信號后沒有父進程做出響應處理,該子進程就不可能完
全退出運行,可能進入僵死狀態(tài).所以父進程在產(chǎn)生子進程前最好屏
蔽子進程返回信號的處理,生成子進程,在父進程退出運行后,子進
程返回則其進程返回信號的處理會由系統(tǒng)給出缺省處理,子進程就
可以正常退出.
(2)兄弟進程關系
. 交換進程號
對于信息協(xié)調(diào)方式的程序來說,各兄弟進程間十分需要相互了解進
程號,以便于信號處理機制.比較合理的方法是父進程生成一個共享
內(nèi)存的空間,每個子進程都在啟動時在共享內(nèi)存中設置自己的進程
號.這樣,當一個子進程要向另一個子進程發(fā)送信號或是因為其他原
因需要知道另一個子進程號時,就可以在共享內(nèi)存中訪問得到所需
要的進程號.
4.進程間通訊處理
(1)共享內(nèi)存需要鎖機制
由于共享內(nèi)存在設計時沒有處理鎖機制,故當有多個進程在訪問共享
內(nèi)存時就會產(chǎn)生問題.如:一個進程修改一個共享內(nèi)存單元,另一個進程在
讀該共享內(nèi)存單元時可能有第三個進程立即修改該單元,從而會影響程序
的正確性.同時還有分時系統(tǒng)對各進程是分時間片處理的,可能會引起不
同的正確性問題.按操作系統(tǒng)的運作方式,則有讀鎖和寫鎖來保證數(shù)據(jù)的
一致性.所以沒有鎖機制的共享內(nèi)存,必須和信號量一起使用,才能保證共
享內(nèi)存的正確操作.
(2)消息隊列需要關鍵值
消息隊列的操作在進程取得消息隊列的訪問權限后就必須通過關鍵
值來讀消息隊列中的相同關鍵值的消息,寫消息時帶入消息關鍵值.這樣
可以通過不同的關鍵值區(qū)分不同的交易,使得在同一個消息隊列可以供多
種消息同時使用而不沖突.若讀消息隊列使用關鍵值0則讀取消息隊列中
第一個消息,不論其關鍵值如何.
(3)信號需要信號處理函數(shù)設置和再設置
在用戶進程需要對某個中斷做自己定義的處理時,可以自己定義中斷
處理函數(shù),并設置中斷處理函數(shù)與該中斷相關聯(lián).這樣,用戶進程在收到該
中斷后,即調(diào)用用戶定義的函數(shù),處理完成后用戶進程從被中斷處繼續(xù)運
行(若用戶定義的中斷函數(shù)沒有長跳函數(shù)或退出運行等會改變運行指令地
址的系統(tǒng)調(diào)用).在中斷信號被處理后,該中斷的處理函數(shù)會恢復成上次缺
省處理函數(shù)而不是保持用戶定義函數(shù),故在用戶定義的中斷處理函數(shù)中一
般都再定義該中斷和函數(shù)自己的關聯(lián).
(4)IPC的權限設置
在消息隊列,共享內(nèi)存和信號量的訪問時有用戶訪問權限設置,類同
于文件的訪問權限的設置如(777表示rwxrwxrwx),用命令ipcs即可看到在
系統(tǒng)中生成的消息隊列,共享內(nèi)存和信號量的訪問權限.其意義也類似于
文件訪問權限.只是執(zhí)行位無效.
在有名管道和文件方式共享內(nèi)存中以系統(tǒng)文件的方式定義了用戶的
訪問權限.用命令ls -l可以看到它們以系統(tǒng)文件方式存在并具有訪問權
限值,并可以看到有名管道的文件類型為p,文件方式共享內(nèi)存的文件類型
為s.
(5)信號中斷對系統(tǒng)調(diào)用一級有效
系統(tǒng)在設計系統(tǒng)調(diào)用時就考慮了中斷處理問題.當進程運行到一個系
統(tǒng)調(diào)用時發(fā)生了中斷,則進程進入該中斷處理,處理完成后,進程會跳過該
系統(tǒng)調(diào)用而進入下一條程序指令.
應該注意的是中斷發(fā)生在系統(tǒng)調(diào)用一級而不是子程序或函數(shù)一級.比
如一個程序在一個子程序被調(diào)用前設置了超時中斷,并在子程序中收到超
時中斷,系統(tǒng)在處理完超時中斷后接著處理該子程序被中斷的系統(tǒng)調(diào)用之
后的指令,而不是從調(diào)用該子程序名指令的后一條指令繼續(xù)處理.
(6)各種IPC方式的特點
. 消息隊列:
通過消息隊列key值定義和生成消息隊列.
任何進程只要有訪問權限并知道key即可訪問消息隊列.
消息隊列為內(nèi)存塊方式數(shù)據(jù)段.
消息隊列中的消息元素長度可為系統(tǒng)參數(shù)限制內(nèi)的任何長度.
消息元素由消息類型分類,其訪問方式為按類型訪問.
在一次讀寫操作前都必須取得消息隊列標識符,即訪問權.訪問后即
脫離訪問關系.
消息隊列中的某條消息被讀后即從隊列中刪除.
消息隊列的訪問具備鎖機制處理,即一個進程在訪問時另一個進程
不能訪問.
操作時要注意系統(tǒng)資源和效率.
在權限允許時,消息隊列的信息傳遞是雙向的.
. 共享內(nèi)存
通過共享內(nèi)存key值定義和生成共享內(nèi)存.
任何進程只要有訪問權限并知道key即可訪問共享內(nèi)存.
共享內(nèi)存為內(nèi)存塊方式的數(shù)據(jù)段.
共享內(nèi)存中的數(shù)據(jù)長度可為系統(tǒng)參數(shù)限制內(nèi)的任何長度.
共享內(nèi)存的訪問同數(shù)組的訪問方式相同.
在取得共享內(nèi)存標識符將共享內(nèi)存與進程數(shù)據(jù)段聯(lián)接后即可開始對
之進行讀寫操作,在所有操作完成之后再做共享內(nèi)存和進程數(shù)據(jù)
段脫離操作,才完成全部共享內(nèi)存訪問過程.
共享內(nèi)存中的數(shù)據(jù)不會因數(shù)據(jù)被進程讀取后消失.
共享內(nèi)存的訪問不具備鎖機制處理,即多個進程可能同時訪問同一
個共享內(nèi)存的同一個數(shù)據(jù)單元.
共享內(nèi)存的使用最好和信號量一起操作,以具備鎖機制,保證數(shù)據(jù)的
一致.
在權限允許時,共享內(nèi)存的信息傳遞是雙向的.
. 信號量
用于生成鎖機制,避免發(fā)生數(shù)據(jù)不一致.
沒有其他的數(shù)據(jù)信息.
不需要有父子關系或兄弟關系.
. 信號
信號由系統(tǒng)進行定義.
信號的發(fā)送只要有權限即可進行.
信號是一個事件發(fā)生的信息標志,不帶有其它信息.
信號不具備數(shù)據(jù)塊.
信號的處理可由用戶自己定義.
信號可能由用戶進程,操作系統(tǒng)(軟件或硬件原因)等發(fā)出.
有一些信號是不可被屏蔽的.
信號中斷的是系統(tǒng)調(diào)用級的函數(shù).
信號的信息傳遞是單向的.
. 管道
做為系統(tǒng)的特殊設備文件,可以是內(nèi)存方式的,也可以是外存方式的.
管道的傳輸一般是單向的,即一個管道一向,若兩個進程要做雙向傳
輸則需要2個管道.管道生成時即有兩端,一端為讀,一端為寫,兩個
進程要協(xié)調(diào)好,一個進程從讀方讀,另一個進程向?qū)懛綄?
管道的讀寫使用流設備的讀寫函數(shù),即:read(),write.
管道的傳輸方式為FIFO,流方式的.不象消息隊列可以按類型讀取.
* 有名管道
一般為系統(tǒng)特殊文件方式,使用的進程之間不一定要有父子關系
或兄弟關系.
* 無名管道
一般為內(nèi)存方式,使用的進程之間一定要有父子關系或兄弟關系.
. 文件
文件是最簡單的進程間通訊方式,使用外部存貯器為中介.
操作麻煩,定位困難.
保密程度低.
容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致問題.
占用硬盤空間.
只要有權限并知道文件名,任何進程都可對之操作.
* 特殊處理
為避免出現(xiàn)保密問題,在打開文件,取得文件描述符后,調(diào)用
unlink()將硬盤上的文件路徑名刪除,則硬盤上就沒有文件拷貝
了.但在進程中該文件描述符是打開的,由該進程生成的子進程中
該文件描述符也是打開的,就可以利用系統(tǒng)提供的文件緩沖區(qū)做
進程間通訊,代價是進程間必須有父子關系或兄弟關系.
. 環(huán)境變量
信息的傳送一般是單向的,即由父進程向子進程傳送.
保密性較好.
雙方必須約定環(huán)境變量名.
只占用本進程和子進程的環(huán)境變量區(qū).
. 共享數(shù)據(jù)段
操作比較復雜.
占用硬盤空間,生成系統(tǒng)特殊文件.
其他性質(zhì)與共享內(nèi)存相類似.
. 流
文件描述符的操作方式.
進程間不一定要有父子關系或兄弟關系.
雙向傳送信息.
進程各自生成socket,用bind()聯(lián)接.
其他性質(zhì)與管道相類似.
流編程為TCP/IP網(wǎng)絡編程范圍,在本文中暫不闡述.
. 傳遞參數(shù)
信息的傳送一般是單向的, 即由父進程向子進程傳送.
保密性較差,用進程列表即可顯示出來.
雙方必須約定參數(shù)位置.
只占用子進程的參數(shù)區(qū).