使用普通文件通信
使用普通文件也可以进行IPC，依据是fork后，父子进程共享文件描述符，也就是共享打开的文件。
/*
*父子进程共享打开的文件描述符------使用文件完成进程间通信.
*/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/wait.h>
int main(void)
{
int fd1, fd2; pid_t pid;
char buf[1024];
char *str = "---------test for shared fd in parent child process-----\n";
pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork error");
exit(1);
} else if (pid == 0) {
fd1 = open("test.txt", O_RDWR);
if (fd1 < 0) {
perror("open error");
exit(1);
}
write(fd1, str, strlen(str));
printf("child wrote over...\n");
} else {
fd2 = open("test.txt", O_RDWR);
if (fd2 < 0) {
perror("open error");
exit(1);
}
sleep(1); //保证子进程写入数据
int len = read(fd2, buf, sizeof(buf));
write(STDOUT_FILENO, buf, len);
wait(NULL);
}
return 0;
}
存储映射I/O
存储映射I/O(Memory-mapped I/O)使一个磁盘文件与存储空间中的一个缓冲区相映射，于是当从缓冲区中取数据，就相当于读文件中的相应字节。与此类似，将数据存入缓冲区，则相应的字节就自动写入文件。这样，就可在不使用read和write函数的情况下，使用地址(指针)完成I/O操作。
使用这种方法，首先应通知内核，将一个指定文件映射到存储区域中，这个映射工作可以通过mmap函数来实现。
mmap函数
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
成功返回创建的映射区首地址，失败返回MAP_FAILED宏
参数：
- addr：建立映射区的首地址，由Linux内核指定。使用时，直接传递NULL
- length：欲创建映射区的大小
- prot：映射区权限PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_READ|PROT_WRITE
- flags：标志位参数(常用于设定更新物理区域，设置共享，创建匿名映射区)
- MAP_SHARED：会将映射区所做的操作反映到物理设备(磁盘)上。
- MAP_PRIVATE：映射区所做的修改不会反映到物理设备上。
- fd：用来建立映射区的文件描述符
- offset：映射文件的偏移(4k的整数倍)
练习mmap:
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
void sys_err(char *str)
{
perror(str);
exit(1);
}
int main(void)
{
char *mem;
int len = 0;
int fd = open("hello244", O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC, 0644);
if (fd < 0)
sys_err("open error");
ftruncate(fd, 20);
/*
len = lseek(fd, 3, SEEK_SET); //获取文件大小,根据文件大小创建映射区
write(fd, "e", 1); //实质性完成文件拓展
*/
printf("The length of file = %d\n", len);
mem = mmap(NULL, 20, PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (mem == MAP_FAILED) //出错判断
sys_err("mmap err: ");
close(fd);
strcpy(mem, "xxx");
printf("%s\n", mem);
if (munmap(mem, 4) < 0)
sys_err("munmap");
return 0;
}
munmap函数
同malloc函数申请内存空间类似的，mmap建立的映射区在使用结束后也应调用类似free的函数来释放。
int munmap(void *addr, size_t length)
成功返回0；失败返回-1
mmap和munmap函数练习：salloc申请内存，sfree释放内存
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
void *smalloc(size_t size)
{
void *p;
p = mmap(NULL, size, PROT_READ|PROT_WRITE,
MAP_SHARED|MAP_ANON, -1, 0);
if (p == MAP_FAILED) {
p = NULL;
}
return p;
}
void sfree(void *ptr, size_t size)
{
munmap(ptr, size);
}
int main(void)
{
int *p;
pid_t pid;
p = smalloc(4);
pid = fork(); //创建子进程
if (pid == 0) {
*p = 2000;
printf("child, *p = %d\n", *p);
} else {
sleep(1);
printf("parent, *p = %d\n", *p);
}
sfree(p, 4);
return 0;
}
mmap注意事项
1.可以open的时候O_CREAT一个新文件来创建映射区吗？
2.如果open时O_RDONLY，mmap时PROT参数指定PROT|PROT_WRITE会怎样？
3.文件描述符先关闭，对mmap映射区有没有影响？
4.如果文件偏移量为1000会怎样？
5.对mem越界操作会怎样？
6.如果mem++，munmap可否成功？
7.mmap什么情况下会调用失败？
8.如果不检测mmap的返回值，会怎样？
总结：使用mmap时务必注意以下事项：
1.创建映射区的过程中，隐含着一次对映射文件的读操作。
2.当MAP_SHARED时，要求：映射区的权限应<=文件打开的权限(出于对映射区的保护)，而MAP_PRIVATE则无所谓，因为mmap中的权限是对内存的限制。
3.映射区的释放与文件关闭无关。只要映射区建立成功，文件可以立即关闭。
4.特别注意，当映射文件大小为0时，不能创建映射区，所以，用于映射的文件必须要有实际大小！！mmap使用时常常会出现总线错误，通常是由于共享文件存储空间大小引起的。
5.munmap传入的地址一定是mmap的返回地址，坚决杜绝指针++操作。
6.如果文件偏移量必须为4K的整数倍。
7.mmap创建映射区出错概率极高，一定要检查返回值，确保映射区建立成功后再进行后续操作。
mmap父子进程通信
父子等有血缘的进程之间也可以同故宫mmap建立的映射区来完成数据通信，但相应的要在创建映射区的时候指定对应的标志位参数flags：
MAP_PRIVATE：(私有映射)父子进程各自独占映射区；
MAP_SHARED：(共享映射)父子进程共享映射区；
练习：父进程创建映射区，然后fork子进程，子进程修改映射区内容，而后，父进程读取映射区内容，检验是否共享。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/wait.h>
int var = 100;
int main(void)
{
int *p;
pid_t pid;
int fd;
fd = open("temp", O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC, 0644);
if(fd < 0){
perror("open error");
exit(1);
}
unlink("temp"); //删除临时文件目录项,使之具备被释放条件.
ftruncate(fd, 4);
//p = (int *)mmap(NULL, 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
p = (int *)mmap(NULL, 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE, fd, 0);
if(p == MAP_FAILED){
//注意:不是p == NULL
perror("mmap error");
exit(1);
}
close(fd); //映射区建立完毕,即可关闭文件
pid = fork(); //创建子进程
if(pid == 0){
*p = 2000;
var = 1000;
printf("child, *p = %d, var = %d\n", *p, var);
} else {
sleep(1);
printf("parent, *p = %d, var = %d\n", *p, var);
wait(NULL);
int ret = munmap(p, 4); //释放映射区
if (ret == -1) {
perror("munmap error");
exit(1);
}
}
return 0;
}
匿名映射
通过使用我们发现，使用匿名映射区来完成文件读写操作十分方便，父子进程间通信也比较容易，但缺陷是，每次创建映射区一定要依赖一个文件才能实现，通常为了建立映射区要open一个temp文件，创建好了再unlink，close掉，比较麻烦。基于临时文件存在的缺陷，可以直接使用匿名映射来代替，其实Linux系统给我们提供了创建匿名映射区的方法，无需依赖一个文件即可创建映射区。该方法同样需要标志位参数flags来指定。
使用MAP_ANONYMOUS或者MAP_ANON来完成，例如
void *p;
p = mmap(NULL, 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
映射区的大小4是随意举例，可依据实际需要填写。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
int main(void)
{
int *p;
pid_t pid;
p = mmap(NULL, 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANON, -1, 0); //MAP_ANONYMOUS
if(p == MAP_FAILED){
//注意:不是p == NULL
perror("mmap error");
exit(1);
}
pid = fork(); //创建子进程
if(pid == 0){
*p = 2000;
printf("child, *p = %d\n", *p);
} else {
sleep(1);
printf("parent, *p = %d\n", *p);
}
munmap(p, 4); //释放映射区
return 0;
}
需要注意的是，MAP_ANONYMOUS和MAP_ANON这两个宏是Linux操作系统特有的宏，在类Unix系统中如无该宏定义，可使用如下两步来完成匿名映射区的建立。
① fd = open("/dev/zero", O_RDWR);
② p= mmap(NULL, size, PROT_READ|PROT_WRITE, MMAP_SHARED, fd, 0);
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
int main(void)
{
int *p;
pid_t pid;
int fd;
fd = open("/dev/zero", O_RDWR);
p = mmap(NULL, 400, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE, fd, 0);
if(p == MAP_FAILED){
//注意:不是p == NULL
perror("mmap error");
exit(1);
}
pid = fork(); //创建子进程
if(pid == 0){
*p = 2000;
printf("child, *p = %d\n", *p);
} else {
sleep(1);
printf("parent, *p = %d\n", *p);
}
munmap(p, 4); //释放映射区
return 0;
}
mmap无血缘关系进程间通信
实质上mmap是内核借助文件帮我们创建了一个映射区，多个进程之间利用该映射区完成数据传递。由于内核空间多进程共享，因此无血缘关系的进程间也可以使用mmap来完成通信，只要设置相应的标志位参数flags即可，若想实现共享，使用MAP_SHARED即可。
写端：
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
struct STU {
int id;
char name[20];
char sex;
};
void sys_err(char *str)
{
perror(str);
exit(1);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
struct STU student = {
10, "xiaoming", 'm'};
char *mm;
if (argc < 2) {
printf("./a.out file_shared\n");
exit(-1);
}
fd = open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT, 0664);
ftruncate(fd, sizeof(student));
mm = mmap(NULL, sizeof(student), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (mm == MAP_FAILED)
sys_err("mmap");
close(fd);
while (1) {
memcpy(mm, &student, sizeof(student));
student.id++;
sleep(1);
}
munmap(mm, sizeof(student));
return 0;
}
读端：
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
struct STU {
int id;
char name[20];
char sex;
};
void sys_err(char *str)
{
perror(str);
exit(-1);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
struct STU student;
struct STU *mm;
if (argc < 2) {
printf("./a.out file_shared\n");
exit(-1);
}
fd = open(argv[1], O_RDONLY);
if (fd == -1)
sys_err("open error");
mm = mmap(NULL, sizeof(student), PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
if (mm == MAP_FAILED)
sys_err("mmap error");
close(fd);
while (1) {
printf("id=%d\tname=%s\t%c\n", mm->id, mm->name, mm->sex);
sleep(2);
}
munmap(mm, sizeof(student));
return 0;
}