C多行程

創建子行程

關于創建子行程的原型一般都是用的這個，直接fork，這個函式在父行程中呼叫，在父子行程中各有一個pid_t型別的回傳值，父行程中得到的是子行程的ID，子行程中得到的是0值，當然呼叫失敗就是-1，

//創建行程，然后復制出另一份行程
#include <unistd.h>
pid_t fork();

根據不同的fork回傳值，父子行程可以分出自己專屬的代碼區域段，例子如下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int i = 10;
int main() {
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid == 0) {
        i++;
        printf("I' m the subprocess.The i:%d\n", i);
    } else {
        i--;
        printf("I' m the parent process.The i:%d\n", i);
    }
    return 0;
}

一般來說，寫代碼的理想狀態是最后的程式正常跑，更理想的就是完全不出錯，不過那個太理想了，比如多行程程式中，當父行程結束了，子行程沒有被父行程獲取狀態資訊，從而使得行程號依然保留在系統中，占用系統定數的行程號；又比如父行程都結束運行了，子行程還在繼續跑，由init行程來接管，這兩種情況，前者被叫僵尸行程，后者被稱為孤兒行程(這個概念其實我挺犯迷糊，如果有沖突那就是你對，記得提點一聲)，所以，父行程在結束之前，要對子行程負責，要查詢子行程的結束狀態，并確保子行程跑完了才跑路，

wait一下

簡單的方案，就是父行程一直等，實作這個功能的函式原型如下：

#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *statloc);

//配合使用的宏
WIFEXITED(statloc);						//子行程正常終止，回傳非0值
WEXITSTATUS(statloc);						//子行程正常終止，回傳退出碼
WIFSIGNALED(statloc);						//因為未捕獲信號而終止，回傳非0值
WTERMSIG(statloc);						//配合前一個宏，回傳信號值
WIFSTOPPED(statloc);						//子行程意外終止，回傳非0
WSTOPSIG(statloc);						//子行程意外終止，回傳信號值

上面函式的通用解讀就是，wait函式的呼叫會阻塞父行程，一直等著子行程跑完回傳狀態資訊到statloc才對父行程放行，而對于子行程的結束資訊的解讀，就是上面對應的宏來進行，不過wait的阻塞讓很多人不滿，所以他們實作了另一種wait：

#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int *statloc, int options);

使用waitpid處理僵尸行程：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

int main() {
    pid_t pid;
    int status, i=0;
    pid = fork();
    if (pid == 0) {
        i--;
        printf("subprocess: %d\n", i);
        sleep(5);
        return 6;
    } else {
        //因為只有一個子行程，就不明確指定了
        while (!waitpid(-1, &status, WNOHANG)) {
            i++;
            printf("parent process, %d sec\n", i);
            sleep(1);
        }
        if (WIFEXITED(status))
            printf("Subprocess was ended and return a value :%d\n", WEXITSTATUS(status));
    }
    return 0;
}

行程間通信

比較簡單的通信方式，是創建管道，管道和socket套接字同屬系統資源，創建了管道，就是使得兩個管道在系統提供的記憶體進行通信，實作的原型如下：

#include <unistd.h>
int pipe(int filedes[2]);

所謂管道，是有著兩個口子的，這里的管道也一樣，filedes就是一個包含了兩個檔案描述符的陣列，一般傳入的這個引數是空的，函式呼叫結束后就成了新創建的管道的入口和出口，
嗯，所以這個管道的使用，其實就是這兩個描述符的使用，filedes陣列中，第一個是管道入口，第二個是管道出口，這個要注意，

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {

    pid_t pid;
    int fds[2];
    char str[20];
    pipe(fds);
    pid = fork();

    if (pid != 0) {
        write(fds[1], "balabala", sizeof("balabala"));
        printf("parent process.\n");
        sleep(3);
    } else {
        read(fds[0], str, 20);
        printf("subprocess, get mes: %s\n", str);
    }

    return 0;
}

例子是父行程發送資訊，子行程接收資訊，實際上反過來也可以，不限定，但資訊放進管道，父子行程其實都可以讀取，就像寫了資訊在文本，誰都可以讀取，管道的單向只體現在它的資訊是從fds[1]進，fds[0]出，為了保證
資訊的受眾是對端從而實作雙方通信，往往實作兩個管道，然后一個管道負責發，一個負責收，這樣就不需要預測運行流程，

管道是很便利，但它往往適用于關聯行程(像父子行程)，想要無關聯的通信還需要其他機制，比如下面的3種System V IPC，

System V IPC

針對共享資源的多行程訪問，這種獨占式的訪問會引發大問題，誰先誰后無法控制，這種引發競爭的代碼段，被稱為臨界區，對行程的同步，就是確保進入臨界區只有一個行程，

信號量

它是一個特殊的整數值變數，只支持兩種操作，一個是取，一個是放，分別是P原語和V原語的解讀，因為針對多行程同步和多執行緒同步都有信號量的概念，雖然語意一致，但實作不一樣，姑且把多行程間信號量稱為信號量，多執行緒間信號量稱為POSIX信號量，對于信號量的初始化決定了其行為，但最常用的就是二進制信號量，用0和1來代表空置和占用的意義，linux中的實作，往往在sys/sem.h頭檔案中，三個系統呼叫設計成操作一組信號量而不是單個信號量，三個系統呼叫分別是semget、semop和semctl；而POSIX信號量的實作都在semaphore.h頭檔案中，

信號量的創建

#include <sys/sem.h>

//申請信號集，申請成功就回傳信號量標記值，失敗回傳-1
int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);

semget的引數key具有唯一性，num_sems則是申請的system V信號量集的信號量數，sem_flags制定了信號量的讀寫權限，在semget創建信號量成功后，相關聯的內核資料結構體semid_ds也會被創建且初始化，具體存盤的資訊就是創建信號量集的行程的用戶ID和組ID，以及信號量集的信號量數還有信號量的讀寫權限等，

信號量賦初值

具體操作需要依賴semctl函式：

#include <sys/sem.h>
int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...)

sem_id，當然就是信號量集的識別符號了，sem_num于信號量集的意義就像下標之于陣列，是標記某某某信號量，command則是執行的命令了，因為這里要用它來賦初值，所以呼叫起來就是 semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union)，這個呼叫其實就是執行SETVAL指示的賦值操作，而sem_union就是攜帶著想要賦值給信號量的初值，不過先不對這個結合體做過多闡述，系統了解一下semop先：

#include <sys/sem.h>
int semop(int sem_id, struct sembuf *semops, size_t num_sem_ops);

semop函式是對信號量進行PV操作的關鍵，但具體如何改變要看傳參semops，也就是sembuf這種結構體

struct sembuf {
    unsigned short int sem_num;                  //對應信號量在信號量集中的索引
    short int sem_op;                            //指定操作型別
    short int sem_flag;                          //標志位
};

可選值為正整型、0和負整型的sem_op以及可選值為IPC_NOWAIT和SEM_UNDO的sem_flag配合起來就決定了semop函式的呼叫結果，

共享記憶體

很容易理解的一個機制，就是一塊記憶體，行程間可以共享，它的實作都在sys/shm.h中，使用的函式包括shemget、shmat、shmdt、shmctl：

#include <sys/shm.h>

//創建共享記憶體或者獲取已存在的共享記憶體
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflag);
//size，位元組為單位，指定記憶體的大小，獲取已存在的共享記憶體可以設定為0；
//shmflag，支持SHM_HUGETLB和SHM_NORESERVE，前者表示用“大頁面”來分配空間給共享記憶體，后者表示不為共享記憶體保留交換磁區，這樣記憶體不足的時候繼續寫入就會發起SIGSEGV信號

函式呼叫成功就回傳共享記憶體的識別符號，失敗回傳-1，然后同樣地，內核中有個相關的資料結構shmid_ds會被創建且初始化，在共享記憶體創建成功后，需要把它關聯到行程的地址空間中，用完了需要進行分離：

//關聯操作，回傳共享記憶體被關聯到行程中的具體地址，失敗會回傳(void*)-1
void *shmat(int shm_id, const void *shm_addr, int shmflag);
//分離原本關聯好的共享記憶體，成功就回0，失敗回-1
int shmdt(const void *shm_addr);

shmget成功呼叫回傳的識別符號就可用于shm_id，shm_addr則是行程內指標，具體函式呼叫效果還是要看shmflag

• shm_addr為NULL，關聯地址由系統選擇，這樣更加兼容
• shm_addr非空，shmflag沒有設定SHM_RND，共享記憶體關聯到shm_addr指向地址
• shm_addr非空，shmflag設定了SHM_RND
  嗯，shmflag標志位還可以設定SHM_RDONLY，表示行程只讀該共享記憶體，沒設定就讀寫都可(共享記憶體創建時就會設定讀寫權限)；SHM_REMAP，已經關聯呢，就重新關聯；SHM_EXEC，指定可讀

關于關聯成功和取消關聯關系，都會使得shmid_ds的內核資料發生變動，比如關聯成功：
shm_nattach加一、shm_lpid設定為呼叫行程的PID、shm_atime設定為當前時間；
取消關聯成功，就：
shm_nattach減一、shm_lpid設為呼叫行程的PID、shm_dtime會設定成當前時間；
這么來看，其實關聯和非關聯都是一個記錄，看看什么時候發生變動，變動的操作者是誰，至于區分開兩者就是前面的shm_nattach了，

嗯，和信號量一樣，共享記憶體的關聯也是準備作業，要用還是要有個函式來進行呼叫，共享記憶體的就是shmctl，這個函式重點關注command引數，這個是具體如何用的關鍵：

int shmctl(int shm_id, int command, struct shmid_ds *buf);

關于command引數參見下表：

暫時先寫就這么點吧，后面再來更新

一些相關的內核資料結構：

//system v信號量
#include <sys/sem.h>

//描述IPC物件權限
struct ipc_perm {
    key_t key;                      //鍵值
    uid_t uid;                      //持有者的有效用戶ID
    gid_t gid;                      //持有者的組ID
    uid_t cuid;                     //創建者的用戶ID
    gid_t cgid;                     //創建者的組ID
    mode_t mode;                    //訪問權限
    ...
};

//system v信號量的內核資料結構
struct semid_ds {
    struct ipc_perm sem_perm;            //重點關注信號量的操作權限
    unsigned long int sem_nsems;         //信號量集的信號量數
    time_t sem_otime;                    //最后一次呼叫semop時間
    time_t sem_ctime;                    //最后一次呼叫semctl時間
    ...
};


#include <sys/shm.h>
//共享記憶體的內核資料結構
struct shmid_ds {
    struct ipc_perm shm_perm;            //共享記憶體操作權限
    size_t shm_segsz;                    //共享記憶體大小，以位元組為單位
    __time_t shm_atime;                  //對共享記憶體最后一次呼叫shmat的時間
    __time_t shm_dtime;                  //對共享記憶體最后一次呼叫shmdt的時間
    __time_t shm_ctime;                  //對共享記憶體最后一次呼叫shmctl的時間
    __pid_t shm_cpid;                    //創建者PID
    __pid_t shm_lpid;                    //最后一次執行shmat或者shmdt的行程PID
    ...
};


#include <sys/msg.h>
//訊息佇列的內核資料結構
struct msqid_ds {
    struct ipc_perm msg_perm;            //訊息佇列操作權限
    time_t msg_stime;                    //最后一次呼叫msgsnd時間
    time_t msg_rtime;                    //最后一次呼叫msgrcv時間
    time_t msg_ctime;                    //最后一次被修改時間
    unsigned long __msg_cbytes;          //訊息佇列中已有的位元組數
    msgqnum_t msg_qnum;                  //訊息佇列已有訊息數
    msglen_t msg_qbytes;                 //訊息佇列允許的最大位元組數
    pid_t msg_lspid;                     //最后執行msgsnd的行程PID
    pid_t msg_lrpid;                     //最后執行msgrcv的行程PID
};