Linux基础守护进程、高级IO、进程间通信
守护进程(Daemon)
前言
Linux常用于服务器，程序通常不运行在前台。运行于前台的进程和终端关联，一旦终端关闭，进程也随之退出。因为守护进程不和终端关联，因此它的标准输出和标准输入也无法工作，调试信息应该写入到普通文件中，以便将来进行错误定位和调试。而且守护进程通常以root权限运行。
编程规则
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设置umask为0
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调用fork，并让父进程退出
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调用setuid创建新会话
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重新设置但前目录
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关闭不需要的文件描述符
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重定向标准输入/标准输出/标准错误到/dev/null
#include
#include #include #include #include #include int main() { pid_t pid = fork(); if(pid == 0) { pid = fork(); if(pid == 0) { // daemon process umask(0); // 设置掩码 setsid(); // 让自己变成session leader chdir("/"); // 修改当前目录 chroot("/"); // 获取最大的已经打开的文件描述符 int maxfd = 1024; // 演示 // 把所有文件关闭 int i; for(i=0; i<=maxfd; ++i) { close(i); } // 重定向0、1、2文件到/dev/null open("/dev/null", O_RDONLY); // 标准输入 open("/dev/null", O_WRONLY); // 标准输出 open("/dev/null", O_WRONLY); // 标准错误 // printf(""); // --> aaa.txt 效率低下 // syslog(LOG_ERR|LOG_KERN, "haha, this is syslog....\n"); // 后台进程不退出 while(1) sleep(1); } } }
出错处理
由于不能再使用标准输入和输出，因此需要调用以下函数来输出调试信息。
存储映射IO
10.1 前言
进程间通信（IPC）方式有许多种。包括匿名管道、命名管道、socketpair、信号、信号量、锁、文件锁、共享内存等等。
由于进程之间的虚拟地址无法相互访问，但是在实际的系统中，经常要涉及进程间的通信，所以在Unix的发展中，人们创造了多种进程间通信的方式，而这些通信方式，都被Linux继承了过来。
进程间通信的原理，是在进程外的公共区域申请内存，然后双方通过某种方式去访问公共区域内存。
按照分类，进程间通信涉及三个方面：
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小数据量通信(管道/socketpair)
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大数据量通信(共享内存)
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进程间同步(socketpair/管道/锁/文件锁/信号量)
10.2 匿名管道
用于有亲缘关系的进程间通信，匿名管道是单工通信方式。
内核的buffer究竟有多大？一个内存页尺寸。实际在Ubuntu下测试是64K。当缓冲区满的时候，write是阻塞的。
read管道时，如果管道中没有数据，那么阻塞等待。
read管道时，如果此时write端已经关闭，而此时管道有数据，就读数据，如果没有数据，那么返回0表示文件末尾。
write管道时，如果此时所有的read端已经关闭，那么内核会产生一个SIGPIPE给进程，SIGPIPE的默认会导致进程退出，如果此时进程处理了SIGPIPE信号，那么write会返回-1，错误码是EPIPE。
10.2.1 创建
pipe函数 pipe函数产生两个文件描述符来表示管道两端（读和写）。10.2.2 读写
read： 1. 如果管道有数据，读数据 2. 如果管道没有数据 write： 1. 如果管道有空间，写数据，写入的数据长度依赖管道的buffer剩余的空间。如果剩余空间>=写入长度，那么数据全部写入，如果剩余空间<写入长度，那么写入剩余空间长度，并且write立即返回，返回值为写入的长度。 2. 如果管道没有剩余空间，那么阻塞。 3. 如果write时，读端已经关闭，那么程序产生一个SIGPIPE信号，导致程序终止。如果程序有处理SIGPIPE信号，那么程序不会终止，此时write返回-1，错误码标记为EPIPE。10.2.3 应用
ps axu | grep a.out单工：只能单方向通信
半双工：可以两个方向通信，但是同一时刻只能有一个方向通信
全双工：可以同时双方通信
10.3 命名管道
命名管道也是单工通信，但是比匿名相比，它可以用于非亲缘关系的进程。
10.3.1 创建
mkfifo 创建管道文件10.3.2 打开读端
open("管道文件名"，O_RDONLY)； 如果此时没有其他进程打开写端，那么该open阻塞10.3.3 打开写端
open("管道文件名", O_WRONLY);#include#include #include #include int main() { // 打开文件时，添加非阻塞属性 //int fd = open("/dev/input/mice", O_RDONLY | O_NONBLOCK); // 先打开文件，再通过fcntl设置O_NONBLOCK属性 int fd = open("/dev/input/mice", O_RDONLY); int flags = fcntl(fd, F_GETFL); flags |= O_NONBLOCK; fcntl(fd, F_SETFL, flags); while(1) { char buf[1024]; int ret = read(fd, buf, sizeof(buf)); if(ret == -1) // 错误发生 { if(errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) // EAGAIN错误码表示：底层没有数据，应该继续再尝试读 EWOULDBLOCK { //鼠标并没有移动，底层并没有数据可以读，这种不算真的错误 printf("mouse not move\n"); } else // 真的有错误发生了 { return -1; } } } }
10.4 socketpair
socketpair和匿名管道类似，但是它是全双工的。
10.4.1 创建
int fd[2]; socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, fd);10.5 mmap实现共享内存
unix提供了一些内存共享机制，但是还是习惯使用mmap进行内存共享。
man 7 shm_overview10.5.1 有亲缘关系的进程之间mmap共享
有亲缘的关系的父子进程，可以使用匿名映射，直接将虚拟地址映射到内存。
10.5.2 无亲缘关系的进程之间mmap共享
如果进程之间没有亲缘关系，那么就需要一个文件来进行内存共享。
但是如果使用了硬盘文件，那么效率相对底下。最好使用内存文件来映射，效率更加高。
10.5.3 使用shm_open打开共享内存文件
shm_open：创建内存文件，路径要求类似/somename，以/起头，然后文件名，中间不能带/。
10.6 文件锁
#include#include #include #include int main() { int fd = open("a.txt", O_RDWR); // flock(fd, LOCK_SH); // 共享 flock(fd, LOCK_EX); // 排他锁 // 可以对文件进行读操作 sleep(10); flock(fd, LOCK_UN); // 解锁 close(fd); }
#include#include #include #include int main() { int fd = open("a.txt", O_RDWR); // flock(fd, LOCK_EX); // 排他锁 int ret = flock(fd, LOCK_SH|LOCK_NB); // 共享锁 if(ret == 0) { printf("get lock\n"); // flock(fd, LOCK_EX); // 排他锁 // 可以对文件进行读操作 sleep(1); flock(fd, LOCK_UN); // 解锁 } else { printf("can not get lock\n"); } close(fd); }
#include#include #include #include #include #include int main() { int fd = open("a.txt", O_RDWR); pid_t pid = getpid(); printf("process id is %d\n", (int)pid); // 锁文件开始位置的4K内容 struct flock l; l.l_type = F_WRLCK; l.l_whence = SEEK_SET; l.l_start = 0; l.l_len = 4096; fcntl(fd, F_SETLKW, &l); // F_SETLKW：锁文件，如果锁不上（原因：别人上锁了），就等 printf("get lock\n"); sleep(10); // 解锁 l.l_type = F_UNLCK; fcntl(fd, F_SETLKW, &l); close(fd); }
#include#include #include #include #include #include int main() { int fd = open("a.txt", O_RDWR); // 锁文件开始位置的4K内容 struct flock l; l.l_type = F_WRLCK; l.l_whence = SEEK_SET; l.l_start = 1024; l.l_len = 4096; fcntl(fd, F_GETLK, &l); printf("pid = %d\n", (int)l.l_pid); #if 0 fcntl(fd, F_SETLKW, &l); // F_SETLKW：锁文件，如果锁不上（原因：别人上锁了），就等 printf("get lock\n"); sleep(10); // 解锁 l.l_type = F_UNLCK; fcntl(fd, F_SETLKW, &l); #endif close(fd); }
10.7 锁
pthread_mutex_init的锁，可以用于进程间同步，但是要求锁变量在共享内存中。
10.8 信号量
信号量用于计数，而不用考虑进程竞争问题。