进程是Linux事务管理的基本单元，所有的进程均拥有自己独立的处理环境和系统资源。进程的环境由当前系统状态及其父进程信息决定和组成。系统的第一个进程init由内核产生，以后所有的进程都是通过fork函数/vfork()创建。系统在内核头文件中定义了进程控制块PCB结构体struct task_struct来管理每个进程的资源。
进程资源由两部分组成：内核空间进程资源和用户空间进程资源。
内核空间进程资源：即为PCB相关的信息，包括进程控制块本身、打开的文件表项、当前目录、当前终端信息、线程基本信息、可访问内存地址空间、PID、PPID、UID、EUID等。内核通过PCB访问到该进程所有的资源，这些资源只能通过系统调用才能访问。
进程用户资源：实质就是进程的代码段、数据段、堆、栈、以及可以共享访问的库的内存空间。
创建进程：fork() 创建成功后，将为子进程申请PCB和用户内存空间、子进程会复制父进程的几乎所有信息，用户空间的所有信息、PCB的绝大多数信息。
vfork() :创建进程。和fork（）的区别在于，vfork是共享父进程的代码以及数据段的。
回收进程用户资源：
退出进程：exit(); _exit();
等待子进程结束：wait();
希望在子进程中运行新代码，则可以调用execX()系列函数。当调用execX系列函数，该进程的用户空间资源完全由新程序替代。内核基本不修改。
可以执行新代码，这也是创建子进程的重要原因。
孤儿进程：父进程先退出二导致一个子进程被init进程收养的进程。
僵死进程：进程已退出，但它的父进程还没有回收内核资源的进程。即该进程的内核空间的PCB没有释放。
是一种在后台运行的特殊进程，它脱离终端，从而可避免进程被任何终端所产生的信号所打断。
建立守候进程要遵循一定的步骤。
进程间通信（IPC）是指在不同进程之间传播或交换信息。
IPC的方式通常有管道（包括无名管道和命名管道）、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。
管道，通常指无名管道，是 UNIX 系统IPC最古老的形式。
1. 它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端。
2. 它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）。
3. 它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。
当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符：fd[0]为读而打开，fd[1]为写而打开。如下图：
要关闭管道只需将这两个文件描述符关闭即可。
单个进程中的管道几乎没有任何用处。所以，通常调用 pipe 的进程接着调用 fork，这样就创建了父进程与子进程之间的 IPC 通道。如下图所示：
若要数据流从父进程流向子进程，则关闭父进程的读端（fd[0]）与子进程的写端（fd[1]）；反之，则可以使数据流从子进程流向父进程。
#include<stdio.h> #include<unistd.h> int main() { int fd[2]; // 两个文件描述符 pid_t pid; char buff[20]; if(pipe(fd) < 0) // 创建管道 printf("Create Pipe Error!\n"); if((pid = fork()) < 0) // 创建子进程 printf("Fork Error!\n"); else if(pid > 0) // 父进程 { close(fd[0]); // 关闭读端 write(fd[1], "hello world\n", 12); } else { close(fd[1]); // 关闭写端 read(fd[0], buff, 20); printf("%s", buff); } return 0; }FIFO，也称为命名管道，它是一种文件类型。
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。
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。
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
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> // exit #include<fcntl.h> // O_WRONLY #include<sys/stat.h> #include<time.h> // time int main() { int fd; int n, i; char buf[1024]; time_t tp; printf("I am %d process.\n", getpid()); // 说明进程ID if((fd = open("fifo1", O_WRONLY)) < 0) // 以写打开一个FIFO { perror("Open FIFO Failed"); exit(1); } for(i=0; i<10; ++i) { time(&tp); // 取系统当前时间 n=sprintf(buf,"Process %d's time is %s",getpid(),ctime(&tp)); printf("Send message: %s", buf); // 打印 if(write(fd, buf, n+1) < 0) // 写入到FIFO中 { perror("Write FIFO Failed"); close(fd); exit(1); } sleep(1); // 休眠1秒 } close(fd); // 关闭FIFO文件 return 0; }read_fifo.c
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<fcntl.h> #include<sys/stat.h> int main() { int fd; int len; char buf[1024]; if(mkfifo("fifo1", 0666) < 0 && errno!=EEXIST) // 创建FIFO管道 perror("Create FIFO Failed"); if((fd = open("fifo1", O_RDONLY)) < 0) // 以读打开FIFO { perror("Open FIFO Failed"); exit(1); } while((len = read(fd, buf, 1024)) > 0) // 读取FIFO管道 printf("Read message: %s", buf); close(fd); // 关闭FIFO文件 return 0; }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：
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. 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。
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）
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
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/msg.h> // 用于创建一个唯一的key #define MSG_FILE "/etc/passwd" // 消息结构 struct msg_form { long mtype; char mtext[256]; }; int main() { int msqid; key_t key; struct msg_form msg; // 获取key值 if((key = ftok(MSG_FILE,'z')) < 0) { perror("ftok error"); exit(1); } // 打印key值 printf("Message Queue - Server key is: %d.\n", key); // 创建消息队列 if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1) { perror("msgget error"); exit(1); } // 打印消息队列ID及进程ID printf("My msqid is: %d.\n", msqid); printf("My pid is: %d.\n", getpid()); // 循环读取消息 for(;;) { msgrcv(msqid, &msg, 256, 888, 0);// 返回类型为888的第一个消息 printf("Server: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext); printf("Server: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype); msg.mtype = 999; // 客户端接收的消息类型 sprintf(msg.mtext, "hello, I'm server %d", getpid()); msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0); } return 0; }msg_client.c
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/msg.h> // 用于创建一个唯一的key #define MSG_FILE "/etc/passwd" // 消息结构 struct msg_form { long mtype; char mtext[256]; }; int main() { int msqid; key_t key; struct msg_form msg; // 获取key值 if ((key = ftok(MSG_FILE, 'z')) < 0) { perror("ftok error"); exit(1); } // 打印key值 printf("Message Queue - Client key is: %d.\n", key); // 打开消息队列 if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1) { perror("msgget error"); exit(1); } // 打印消息队列ID及进程ID printf("My msqid is: %d.\n", msqid); printf("My pid is: %d.\n", getpid()); // 添加消息，类型为888 msg.mtype = 888; sprintf(msg.mtext, "hello, I'm client %d", getpid()); msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0); // 读取类型为777的消息 msgrcv(msqid, &msg, 256, 999, 0); printf("Client: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext); printf("Client: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype); return 0; }
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. 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。
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（BinarySemaphore）。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。
o 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。
o 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：
o 当信号量已经为0，函数立即返回。
o 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。
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。
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. 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。
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）。
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; 94 } 95 96 97 int main() 98 { 99 key_t key; 100 int shmid, semid, msqid; 101 char *shm; 102 char data[] = "this is server"; 103 struct shmid_ds buf1; /*用于删除共享内存*/ 104 struct msqid_ds buf2; /*用于删除消息队列*/ 105 struct msg_form msg; /*消息队列用于通知对方更新了共享内存*/ 106 107 // 获取key值 108 if((key = ftok(".", 'z')) < 0) 109 { 110 perror("ftok error"); 111 exit(1); 112 } 113 114 // 创建共享内存 115 if((shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT|0666)) == -1) 116 { 117 perror("Create Shared Memory Error"); 118 exit(1); 119 } 120 121 // 连接共享内存 122 shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0); 123 if((int)shm == -1) 124 { 125 perror("Attach Shared Memory Error"); 126 exit(1); 127 } 128 129 130 // 创建消息队列 131 if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1) 132 { 133 perror("msgget error"); 134 exit(1); 135 } 136 137 // 创建信号量 138 semid = creat_sem(key); 139 140 // 读数据 141 while(1) 142 { 143 msgrcv(msqid, &msg, 1, 888, 0); /*读取类型为888的消息*/ 144 if(msg.mtext == 'q') /*quit - 跳出循环*/ 145 break; 146 if(msg.mtext == 'r') /*read - 读共享内存*/ 147 { 148 sem_p(semid); 149 printf("%s\n",shm); 150 sem_v(semid); 151 } 152 } 153 154 // 断开连接 155 shmdt(shm); 156 157 /*删除共享内存、消息队列、信号量*/ 158 shmctl(shmid, IPC_RMID, &buf1); 159 msgctl(msqid, IPC_RMID, &buf2); 160 del_sem(semid); 161 return 0; 162 }client.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 // P操作: 23 // 若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1 24 // 若信号量值为0，进程挂起等待 25 int sem_p(int sem_id) 26 { 27 struct sembuf sbuf; 28 sbuf.sem_num = 0; /*序号*/ 29 sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/ 30 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO; 31 32 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1) 33 { 34 perror("P operation Error"); 35 return -1; 36 } 37 return 0; 38 } 39 40 // V操作： 41 // 释放资源并将信号量值+1 42 // 如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们 43 int sem_v(int sem_id) 44 { 45 struct sembuf sbuf; 46 sbuf.sem_num = 0; /*序号*/ 47 sbuf.sem_op = 1; /*V操作*/ 48 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO; 49 50 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1) 51 { 52 perror("V operation Error"); 53 return -1; 54 } 55 return 0; 56 } 57 58 59 int main() 60 { 61 key_t key; 62 int shmid, semid, msqid; 63 char *shm; 64 struct msg_form msg; 65 int flag = 1; /*while循环条件*/ 66 67 // 获取key值 68 if((key = ftok(".", 'z')) < 0) 69 { 70 perror("ftok error"); 71 exit(1); 72 } 73 74 // 获取共享内存 75 if((shmid = shmget(key, 1024, 0)) == -1) 76 { 77 perror("shmget error"); 78 exit(1); 79 } 80 81 // 连接共享内存 82 shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0); 83 if((int)shm == -1) 84 { 85 perror("Attach Shared Memory Error"); 86 exit(1); 87 } 88 89 // 创建消息队列 90 if ((msqid = msgget(key, 0)) == -1) 91 { 92 perror("msgget error"); 93 exit(1); 94 } 95 96 // 获取信号量 97 if((semid = semget(key, 0, 0)) == -1) 98 { 99 perror("semget error"); 100 exit(1); 101 } 102 103 // 写数据 104 printf("***************************************\n"); 105 printf("* IPC *\n"); 106 printf("* Input r to send data to server. *\n"); 107 printf("* Input q to quit. *\n"); 108 printf("***************************************\n"); 109 110 while(flag) 111 { 112 char c; 113 printf("Please input command: "); 114 scanf("%c", &c); 115 switch(c) 116 { 117 case 'r': 118 printf("Data to send: "); 119 sem_p(semid); /*访问资源*/ 120 scanf("%s", shm); 121 sem_v(semid); /*释放资源*/ 122 /*清空标准输入缓冲区*/ 123 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF); 124 msg.mtype = 888; 125 msg.mtext = 'r'; /*发送消息通知服务器读数据*/ 126 msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0); 127 break; 128 case 'q': 129 msg.mtype = 888; 130 msg.mtext = 'q'; 131 msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0); 132 flag = 0; 133 break; 134 default: 135 printf("Wrong input!\n"); 136 /*清空标准输入缓冲区*/ 137 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF); 138 } 139 } 140 141 // 断开连接 142 shmdt(shm); 143 144 return 0; 145 }注意：当scanf()输入字符或字符串时，缓冲区中遗留下了\n，所以每次输入操作后都需要清空标准输入的缓冲区。但是由于 gcc 编译器不支持fflush(stdin)（它只是标准C的扩展），所以我们使用了替代方案：
1 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF)
