【行程間通信】常用方式匯總
隨著我們的行程越來越多，難免不同行程之間要互相傳輸一些資料，那么這個時候該怎么辦呢？
下面主要簡單了解一下，行程間通信（InterProcess Communication，IPC）的幾種實作方式！
1、管道模型
管道模型與軟體生命周期模型——瀑布模型（Waterfall Model）很相似，
所謂的瀑布模型，其實就是將整個軟體開發程序分成多個階段，往往是上一個階段完全做完，才將輸出結果交給下一個階段，
還記得咱們最初學 Linux 命令的時候，有下面這樣一行命令：
ps -ef | grep 關鍵字 | awk '{print $2}' | xargs kill -9
這里面的豎線“|”就是一個管道，它會將前一個命令的輸出，作為后一個命令的輸入，
從管道的這個名稱可以看出來，管道是一種單向傳輸資料的機制，它其實是一段快取，里面的資料只能從一端寫入，從另一端讀出，如果想互相通信，我們需要創建兩個管道才行，
管道又可以分為匿名管道和命名管道！
1.1 匿名管道
如上命令：
ps -ef | grep 關鍵字 | awk '{print $2}' | xargs kill -9
匿名管道：用"|” 表示的管道，意思就是這個型別的管道沒有名字，用完了就銷毀了，豎線代表的管道隨著命令的執行自動創建、自動銷毀，用戶甚至都不知道自己在用管道這種技術，就已經解決了問題，
1.2 命名管道
命名管道，這個型別的管道需要通過 mkfifo 命令顯式地創建，
mkfifo donge #建立一個管道
donge就是這個管道的名稱，管道以檔案的形式存在，這也符合 Linux 里面一切皆檔案的原則，
下面我們看一下檔案型別
ls -l
prw-rw-r-- 1 dong dong 0 Sep 28 17:09 donge
可以看到，這個檔案的型別是 p，就是 pipe 的意思，
往管道中寫入資料
echo "hello world" > donge
這個時候，管道里面的內容沒有被讀出，這個命令就是停在這里的，即行程被堵塞，
這說明當一個專案組要把它的輸出交接給另一個專案組做輸入，當沒有交接完畢的時候，前一個專案組是不能撒手不管的，
重新打開一個終端，讀出管道資料
cat < hello
hello world
一方面，我們能夠看到，管道里面的內容被讀取出來，列印到了終端上；
另一方面，echo 那個命令正常退出了，也即交接完畢，前一個專案組就完成了使命，可以解散了，
管道通信，我們可以看出，瀑布模型的開發流程效率比較低下，因為團隊之間無法頻繁地溝通，而且，管道的使用模式，也不適合行程間頻繁的交換資料，
2、訊息佇列
訊息佇列可以理解為發郵件，每一封郵件都視為一個獨立的資料單元，也就是訊息體，每個訊息體都是固定大小的存盤塊，在位元組流上不連續，
這個訊息結構的定義我寫在下面了，這里面的型別 type 和正文 text 沒有強制規定，只要訊息的發送方和接收方約定好即可，
struct msg_buffer {
long mtype;
char mtext[1024];
};
2.1 創建訊息佇列
訊息佇列的創建，需要用到msgget函式
int msgget(key_t key, int msgflg);
-
key：該引數是訊息佇列的唯一標識，由ftok生成， -
msgflg：取值有以下幾個選擇：IPC_CREAT、IPC_EXCL，這兩個引數詳細的作用可以man msgflg看詳細介紹， -
回傳值：回傳一個近乎唯一的
Message queue id
那么，
key是如何由ftok生成的呢？
我們可以指定一個檔案，呼叫ftok ，它會根據這個檔案的 inode，生成一個近乎唯一的 key，
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
pathname：檔案資訊，必須指定在一個存在的，可訪問的檔案proj_id：8bit的資料，0-255隨意設定
這樣就可以獲得一個近乎唯一的key了！
只要在這個訊息佇列的生命周期內，這個檔案不要被洗掉就可以了，只要不洗掉，無論什么時刻，再呼叫 ftok，也會得到同樣的 key，
綜上，創建一個訊息佇列只需兩步：
①：ftok生成一個key
②：msgget生成一個訊息佇列的ID
如下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/msg.h>
int main() {
int messagequeueid;
key_t key;
if((key = ftok("/root/messagequeue/messagequeuekey", 1)) < 0)
{
perror("ftok error");
exit(1);
}
printf("Message Queue key: %d.\n", key);
if ((messagequeueid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
{
perror("msgget error");
exit(1);
}
printf("Message queue id: %d.\n", messagequeueid);
}
ftok要指定一個存在的檔案，所以我們在執行之前，需要創建該檔案，
查看訊息佇列
System V IPC 體系有一個統一的命令列工具：
ipcmk，ipcs和ipcrm用于創建、查看和洗掉IPC物件，
查看創建的IPC物件：ipcs -q
dong@ubuntu:~//Interprocess_Communication$ ipcs
------ Message Queues --------
key msqid owner perms used-bytes messages
0x01110005 0 dong 777 0 0
------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch status
------ Semaphore Arrays --------
key semid owner perms nsems
2.2 發送訊息
訊息佇列發送訊息，主要呼叫msgsnd 函式
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
msqid：該引數是msgget所得到的message queue的idmsgp：訊息結構體
struct msg_buffer {
long mtype;
char mtext[1024];
};
msgsz：表示訊息結構體中，mtext最大長度msgflg：一位掩碼，可取值有：IPC_NOWAIT、MSG_COPY、MSG_EXCEPT、MSG_NOERROR，取值說明可見man msgsnd
2.3 接收訊息
訊息佇列接收訊息，主要呼叫msgrcv 函式
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,
int msgflg);
msqid：該引數是msgget所得到的message queue的idmsgp：訊息結構體msgsz：可接收資料最大長度msgflg：一位掩碼，可取值有：IPC_NOWAIT、MSG_COPY、MSG_EXCEPT、MSG_NOERROR，取值說明可見man msgsnd
有了訊息這種模型，兩個行程之間的通信就像咱們平時發郵件一樣，你來一封，我回一封，可以頻繁溝通了，
3、共享記憶體
怎么理解共享記憶體呢？
我們知道每個行程都有自己獨立的虛擬記憶體空間，不同的行程的虛擬記憶體空間映射到不同的物理記憶體中去，這個行程訪問 A 地址和另一個行程訪問 A 地址，其實訪問的是不同的物理記憶體地址，對于資料的增刪查改互不影響，
但是，咱們是不是可以變通一下，拿出一塊虛擬地址空間來，映射到相同的物理記憶體中，這樣這個行程寫入的東西，另外一個行程馬上就能看到了，都不需要拷貝來拷貝去，傳來傳去，
相比于訊息佇列，共享記憶體的優勢在哪里呢？
- 大資料傳輸：如果批量的大資料進行傳輸，使用郵件的方式，來去發送不及時，并且大小也有限制
- 實時性：用共享記憶體，其可以大大節省通信時間
3.1 創建共享記憶體
我們可以創建一個共享記憶體，呼叫 shmget，
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
key：和msgget里面的key一樣，都是唯一定位一個共享記憶體的物件size：共享記憶體的大小shmflg：其值可以取：IPC_CREAT、IPC_EXCL、SHM_HUGETLB、SHM_HUGE_2MB等
回傳值：共享記憶體的唯一ID
創建完畢之后，我們可以通過 ipcs 命令查看這個共享記憶體，
#ipcs --shmems
------ Shared Memory Segments ------ --------
key shmid owner perms bytes nattch status
0x00000000 19398656 marc 600 1048576 2 dest
3.2 訪問共享記憶體
接下來，如果一個行程想要訪問這一段共享記憶體，需要將這個記憶體加載到自己的虛擬地址空間的某個位置，通過 shmat 函式，就是 attach 的意思，
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
shmid：標識一個共享記憶體段的唯一IDshmaddr：就是要指定attach到這個地方，但是這個地址的設定難度比較大，除非對于記憶體布局非常熟悉，否則可能會attach到一個非法地址，所以，通常的做法是將shmaddr設為NULL，讓內核選一個合適的地址，shmflg：一位掩碼，可取值：SHM_EXEC、SHM_RDONLY、SHM_REMAP，
回傳值：為所連接的實際地址
3.3 關閉共享記憶體
如果共享記憶體使用完畢，可以通過 shmdt 解除系結，然后通過 shmctl，將 cmd 設定為 IPC_RMID，從而洗掉這個共享記憶體物件，
int shmdt(void *addr);
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
shmdt的引數addr：為shmat的回傳值，表示卸載一片共享記憶體
shmctl的引數：
shm_id：shmget的回傳值，為共享記憶體的唯一IDcmd：取值有：IPC_STAT、IPC_RMID等，見：man shmctlbuf：共享記憶體管理結構體，
3.4 信號量
這里你是不是有一個疑問，如果兩個行程 attach 同一個共享記憶體，大家都往里面寫東西，很有可能就沖突了，例如兩個行程都同時寫一個地址，那先寫的那個行程會發現內容被別人覆寫了，
所以，這里就需要一種保護機制，使得同一個共享的資源，同時只能被一個行程訪問，在 System V IPC 行程間通信機制體系中，早就想好了應對辦法，就是信號量（Semaphore），因此，信號量和共享記憶體往往要配合使用，
信號量和共享記憶體都比較復雜，兩者還要結合起來用，就更加復雜，它們內核的機制就更加復雜，這一節我們先不講，
4、信號
上面講的行程間通信的方式，都是常規狀態下的作業模式，對應到咱們平時的作業交接，收發郵件、聯合開發等，其實還有一種例外情況下的作業模式，
例如出現線上系統故障，這個時候，什么流程都來不及了，不可能發郵件，也來不及開會，所有的架構師、開發、運維都要被通知緊急出動，所以，7 乘 24 小時不間斷執行的系統都需要有告警系統，一旦出事情，就要通知到人，哪怕是半夜，也要電話叫起來，處理故障，
信號可以在任何時候發送給某一行程，行程需要為這個信號配置信號處理函式，
Linux所支持的例外信號如下：
1) SIGHUP 2) SIGINT 3) SIGQUIT 4) SIGILL 5) SIGTRAP
6) SIGABRT 7) SIGBUS 8) SIGFPE 9) SIGKILL 10) SIGUSR1
11) SIGSEGV 12) SIGUSR2 13) SIGPIPE 14) SIGALRM 15) SIGTERM
16) SIGSTKFLT 17) SIGCHLD 18) SIGCONT 19) SIGSTOP 20) SIGTSTP
21) SIGTTIN 22) SIGTTOU 23) SIGURG 24) SIGXCPU 25) SIGXFSZ
26) SIGVTALRM 27) SIGPROF 28) SIGWINCH 29) SIGIO 30) SIGPWR
31) SIGSYS 34) SIGRTMIN 35) SIGRTMIN+1 36) SIGRTMIN+2 37) SIGRTMIN+3
38) SIGRTMIN+4 39) SIGRTMIN+5 40) SIGRTMIN+6 41) SIGRTMIN+7 42) SIGRTMIN+8
43) SIGRTMIN+9 44) SIGRTMIN+10 45) SIGRTMIN+11 46) SIGRTMIN+12 47) SIGRTMIN+13
48) SIGRTMIN+14 49) SIGRTMIN+15 50) SIGRTMAX-14 51) SIGRTMAX-13 52) SIGRTMAX-12
53) SIGRTMAX-11 54) SIGRTMAX-10 55) SIGRTMAX-9 56) SIGRTMAX-8 57) SIGRTMAX-7
58) SIGRTMAX-6 59) SIGRTMAX-5 60) SIGRTMAX-4 61) SIGRTMAX-3 62) SIGRTMAX-2
63) SIGRTMAX-1 64) SIGRTMAX
當某個信號發生的時候，就默認執行這個函式就可以了，這就相當于咱們運維一個系統應急手冊，當遇到什么情況，做什么事情，都事先準備好，出了事情照著做就可以了，
有點類似于例外中斷……
OK，這一篇，我們整體講解了一下行程間通信的幾種方式，現在我們來回顧一下：
- 類似瀑布開發模型的管道
- 類似郵件模式的訊息佇列
- 類似會議室聯合開發的共享記憶體加信號量
- 類似應急預案的信號
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