Linux基础守护进程、高级IO、进程间通信

作者：逗壳 | 来源：互联网 | 2023-09-13 14:55

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

守护进程(Daemon)

前言

Linux常用于服务器&＃xff0c;程序通常不运行在前台。运行于前台的进程和终端关联&＃xff0c;一旦终端关闭&＃xff0c;进程也随之退出。因为守护进程不和终端关联&＃xff0c;因此它的标准输出和标准输入也无法工作&＃xff0c;调试信息应该写入到普通文件中&＃xff0c;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

设置umask为0
调用fork&＃xff0c;并让父进程退出
调用setuid创建新会话
重新设置但前目录
关闭不需要的文件描述符
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 &＃61; fork();if(pid &＃61;&＃61; 0){pid &＃61; fork();if(pid &＃61;&＃61; 0){// daemon processumask(0); // 设置掩码setsid(); // 让自己变成session leaderchdir("/"); // 修改当前目录chroot("/");// 获取最大的已经打开的文件描述符int maxfd &＃61; 1024; // 演示// 把所有文件关闭int i;for(i&＃61;0; i<&＃61;maxfd; &＃43;&＃43;i){close(i);}// 重定向0、1、2文件到/dev/nullopen("/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&＃xff0c;因此需要调用以下函数来输出调试信息。

单例

守护程序往往只有一个实例&＃xff0c;而不允许多个&＃xff0c;可以用文件锁来实现单例。

惯例

惯例是指大家都这么做&＃xff0c;不这么做显得不专业的事情。

单例文件路径在/var/run目录下&＃xff0c;内容为该进程ID
配置文件应该在/etc目录下
守护的启动脚本通常放在/etc/init.d目录下

高级IO

前言

在文件IO中&＃xff0c;学习了如何通过read和write来实现文件的读写。在这一章讨论一些高级的IO方式。

非阻塞IO

IO通常是阻塞的&＃xff0c;比如读鼠标文件&＃xff0c;如果鼠标未产生数据&＃xff0c;那么读操作会阻塞&＃xff0c;一直到鼠标移动&＃xff0c;才能返回。这种阻塞的IO简化了程序设计&＃xff0c;但是导致性能下降。

使用O_NONBLOCK标记打开文件&＃xff0c;那么read行为就是非阻塞的了。如果read不到数据&＃xff0c;read调用会返回-1&＃xff0c;errno被标记为EAGAIN。

如果open时没有带上O_NONBLOCK&＃xff0c;那么可以通过fcntl设置这个模式。

记录锁

如果多个进程/线程同时写文件&＃xff0c;那么使用O_APPEND&＃xff0c;可以保证写操作是原子操作&＃xff0c;但是O_APPEND只写到文件末尾。

如果需要修改文件内容&＃xff0c;则无法使用O_APPEND了&＃xff0c;需要使用记录锁来锁定文件&＃xff0c;保证写操作的原子性。

#include "../h.h"

int main()

{

int fd &＃61; open("a.txt", O_RDWR);

// lock it

struct flock l;

l.l_type &＃61; F_WRLCK;

l.l_whence &＃61; SEEK_SET;

l.l_start &＃61; 0;

l.l_len &＃61; 128;

int ret &＃61; fcntl(fd, F_SETLKW, &l);

if(ret &＃61;&＃61; 0)

{

printf("lock success\n");

}

else

{

printf("lock failure\n");

}

getchar();

l.l_type &＃61; F_UNLCK;

fcntl(fd, F_SETLKW, &l);

}

9.4 IO多路转接

如果一个进程&＃xff0c;同时要响应多路IO数据&＃xff0c;那么这个程序设计将会很麻烦。一般程序都是需要响应多路IO的&＃xff0c;比如GUI程序都需要处理鼠标和键盘文件。

#include
#include
#include
#include select.h>
#include
#include
#include //void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
// 将fd从set中拿掉
//
//int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
//判断fd是否在集合中
//
//void FD_SET(int fd, fd_set *set);
//将fd加入到集合中
//
//void FD_ZERO(fd_set *set);
//将集合清空// int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
// fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
// int nfds: 要求是集合中最大的文件描述符&＃43;1
// fd_set* readfds: 想读取的文件描述符集合&＃xff0c;这个参数既是输入&＃xff0c;也是输出参数
// fd_set* writefds: 想写的文件描述符集合&＃xff0c;一般为NULL
// fd_set* execptfds&＃xff1a;出错&＃xff0c;异常的文件描述符集合&＃xff0c;一般为NULL
// struct timeval* timeout: 因为select是阻塞的调用&＃xff0c;这个参数表示超过这个时间&＃xff0c;无论文件描述符是否有消息&＃xff0c;都继续往下执行
// 返回值&＃xff1a;-1表示失败&＃xff0c;0表示超时&＃xff0c;而且没有任何的事件&＃xff0c;大于0表示有事件的文件描述符的数量int main()
{int fd_key;int fd_mice;fd_key &＃61; open("/dev/input/event1", O_RDONLY);fd_mice &＃61; open("/dev/input/mice", O_RDONLY);if(fd_key <0 || fd_mice <0){perror("open key mice");return 0;}// fd_set 文件描述符集合类型fd_set set;FD_ZERO(&set);FD_SET(fd_key, &set);FD_SET(fd_mice, &set);// 此时set中有两个文件描述符&＃xff0c;分别是鼠标和键盘int nfds &＃61; fd_key > fd_mice ? fd_key : fd_mice;nfds &＃43;&＃43;;struct timeval tv;tv.tv_sec &＃61; 1; // 秒tv.tv_usec &＃61; 0; // 微秒 1/1000000 秒int ret;
RESELECT:ret &＃61; select(nfds, &set, NULL, NULL, &tv); // 阻塞一秒if(ret <0){if(errno &＃61;&＃61; EINTR) // 被中断打断
{// 补救goto RESELECT;}return 0;}if(ret &＃61;&＃61; 0){}if(ret > 0){// 用户动了鼠标或者键盘&＃xff0c;从而鼠标文件描述符或者键盘文件描述符可读if(FD_ISSET(fd_key, &set)){printf("keyboard message\n");// 键盘有消息
}if(FD_ISSET(fd_mice, &set)){printf("mice message\n");// 鼠标有消息
}}
}

9.4.1 select

select的作用是&＃xff0c;让内核监听一个fd集合&＃xff0c;当集合中的fd有事件时&＃xff0c;select会返回有消息的fd子集。

#include
#include
#include
#include select.h>
#include
#include
#include // fd_set最多能容纳1024个文件
//
// unsigned int data[32]; 32x32 &＃61; 1024 int main()
{int fd_key;int fd_mice;fd_key &＃61; open("/dev/input/event1", O_RDONLY);fd_mice &＃61; open("/dev/input/mice", O_RDONLY);int nfds &＃61; fd_key > fd_mice ? fd_key : fd_mice;nfds &＃43;&＃43;;// 文件描述符集合的拷贝
fd_set set1;fd_set set2; // set1 --> set2memcpy(&set2, &set1, sizeof(set1));while(1){fd_set set;FD_ZERO(&set);FD_SET(fd_key, &set);FD_SET(fd_mice, &set);struct timeval tv;tv.tv_sec &＃61; 1; // 秒tv.tv_usec &＃61; 0; // 微秒 1/1000000 秒int ret &＃61; select(nfds, &set, NULL, NULL, &tv);if(ret <0){if(errno &＃61;&＃61; EINTR)continue;return 0;}if(ret > 0){if(FD_ISSET(fd_key, &set)){// 既然鼠标有消息&＃xff0c;就应该把数据都读出char buf[1024];read(fd_key, buf, sizeof(buf));printf("key event\n");}if(FD_ISSET(fd_mice, &set)){char buf[1024];read(fd_mice, buf, sizeof(buf));printf("mice event\n");}}}
}

9.4.2 epoll

epoll的作用和select差不多&＃xff0c;但是操作接口完全不同。

#include
#include
#include
#include
#include
#include // 通过epoll来实现多路io复用
int main()
{int fd_key &＃61; open("/dev/input/event1", O_RDONLY);int fd_mice &＃61; open("/dev/input/mice", O_RDONLY);if(fd_key <0 || fd_mice <0){perror("open mice and keyboard");return -1;}// 创建epoll对象&＃xff0c;创建epoll的参数已经废弃了&＃xff0c;随便填int epollfd &＃61; epoll_create(512);if(epollfd <0){perror("epoll");return -1;}// 把鼠标和键盘的文件描述符&＃xff0c;加入到epoll集合中struct epoll_event ev;ev.data.fd &＃61; fd_key; // 联合体&＃xff0c;这个联合体用来保存和这个文件描述符相关的一些数据&＃xff0c;用于将来通知时&＃xff0c;寻找文件描述符ev.events &＃61; EPOLLIN | EPOLLONESHOT; // epoll要监听的事件&＃xff0c;读或者写epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd_key, &ev);ev.data.fd &＃61; fd_mice;epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd_mice, &ev);// 调用epoll_ctl时&＃xff0c;第四个参数被epoll_ctl拷贝走struct epoll_event ev_out[2];while(1){int ret &＃61; epoll_wait(epollfd, ev_out, 2, 2000);if(ret <0){if(errno &＃61;&＃61; EINTR)continue;return -2;}if(ret > 0){int i;for(i&＃61;0; ii){if(ev_out[i].data.fd &＃61;&＃61; fd_mice){// 鼠标有消息
// char buf[1024];
// read(fd_mice, buf, sizeof(buf));printf("mice\n");}else if(ev_out[i].data.fd &＃61;&＃61; fd_key){
// char buf[1024];
// read(fd_key, buf, sizeof(buf));printf("key\n");}}}}
}

select和epoll的区别

select	epoll
出现早	晚
大规模文件描述符效率低	大规模文件描述符效率高
小规模是select效率高
使用位域来表示描述符集合	使用红黑树来保存文件集合

存储映射IO

10.1 前言

进程间通信&＃xff08;IPC&＃xff09;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&＃xff0c;但是在实际的系统中&＃xff0c;经常要涉及进程间的通信&＃xff0c;所以在Unix的发展中&＃xff0c;人们创造了多种进程间通信的方式&＃xff0c;而这些通信方式&＃xff0c;都被Linux继承了过来。

进程间通信的原理&＃xff0c;是在进程外的公共区域申请内存&＃xff0c;然后双方通过某种方式去访问公共区域内存。

按照分类&＃xff0c;进程间通信涉及三个方面&＃xff1a;

小数据量通信(管道/socketpair)
大数据量通信(共享内存)
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&＃xff0c;匿名管道是单工通信方式。

内核的buffer究竟有多大&＃xff1f;一个内存页尺寸。实际在Ubuntu下测试是64K。当缓冲区满的时候&＃xff0c;write是阻塞的。

read管道时&＃xff0c;如果管道中没有数据&＃xff0c;那么阻塞等待。
read管道时&＃xff0c;如果此时write端已经关闭&＃xff0c;而此时管道有数据&＃xff0c;就读数据&＃xff0c;如果没有数据&＃xff0c;那么返回0表示文件末尾。

write管道时&＃xff0c;如果此时所有的read端已经关闭&＃xff0c;那么内核会产生一个SIGPIPE给进程&＃xff0c;SIGPIPE的默认会导致进程退出&＃xff0c;如果此时进程处理了SIGPIPE信号&＃xff0c;那么write会返回-1&＃xff0c;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&＃xff08;读和写&＃xff09;。

10.2.2 读写

read&＃xff1a;

1. 如果管道有数据&＃xff0c;读数据

2. 如果管道没有数据

此时写端已经关闭&＃xff0c;返回0

如果写端没有关闭&＃xff0c;阻塞等待

write&＃xff1a;

1. 如果管道有空间&＃xff0c;写数据&＃xff0c;写入的数据长度依赖管道的buffer剩余的空间。如果剩余空间>&＃61;写入长度&＃xff0c;那么数据全部写入&＃xff0c;如果剩余空间<写入长度&＃xff0c;那么写入剩余空间长度&＃xff0c;并且write立即返回&＃xff0c;返回值为写入的长度。

2. 如果管道没有剩余空间&＃xff0c;那么阻塞。

3. 如果write时&＃xff0c;读端已经关闭&＃xff0c;那么程序产生一个SIGPIPE信号&＃xff0c;导致程序终止。如果程序有处理SIGPIPE信号&＃xff0c;那么程序不会终止&＃xff0c;此时write返回-1&＃xff0c;错误码标记为EPIPE。

10.2.3 应用

ps axu | grep a.out

单工&＃xff1a;只能单方向通信
半双工&＃xff1a;可以两个方向通信&＃xff0c;但是同一时刻只能有一个方向通信
全双工&＃xff1a;可以同时双方通信

10.3 命名管道

命名管道也是单工通信&＃xff0c;但是比匿名相比&＃xff0c;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"&＃xff0c;O_RDONLY)&＃xff1b;

如果此时没有其他进程打开写端&＃xff0c;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&＃xff0c;添加非阻塞属性//int fd &＃61; open("/dev/input/mice", O_RDONLY | O_NONBLOCK);// 先打开文件&＃xff0c;再通过fcntl设置O_NONBLOCK属性int fd &＃61; open("/dev/input/mice", O_RDONLY);int flags &＃61; fcntl(fd, F_GETFL);flags |&＃61; O_NONBLOCK;fcntl(fd, F_SETFL, flags);while(1){char buf[1024];int ret &＃61; read(fd, buf, sizeof(buf));if(ret &＃61;&＃61; -1) // 错误发生
{if(errno &＃61;&＃61; EAGAIN || errno &＃61;&＃61; EWOULDBLOCK) // EAGAIN错误码表示&＃xff1a;底层没有数据&＃xff0c;应该继续再尝试读 EWOULDBLOCK
{//鼠标并没有移动&＃xff0c;底层并没有数据可以读&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff0c;但是还是习惯使用mmap进行内存共享。

man 7 shm_overview

10.5.1 有亲缘关系的进程之间mmap共享

有亲缘的关系的父子进程&＃xff0c;可以使用匿名映射&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff0c;那么效率相对底下。最好使用内存文件来映射&＃xff0c;效率更加高。

10.5.3 使用shm_open打开共享内存文件

shm_open&＃xff1a;创建内存文件&＃xff0c;路径要求类似/somename&＃xff0c;以/起头&＃xff0c;然后文件名&＃xff0c;中间不能带/。

10.6 文件锁

#include
#include
#include
#include
int main()
{int fd &＃61; 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 &＃61; open("a.txt", O_RDWR);// flock(fd, LOCK_EX); // 排他锁int ret &＃61; flock(fd, LOCK_SH|LOCK_NB); // 共享锁if(ret &＃61;&＃61; 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 &＃61; open("a.txt", O_RDWR);pid_t pid &＃61; 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 &＃61; F_WRLCK;l.l_whence &＃61; SEEK_SET;l.l_start &＃61; 0;l.l_len &＃61; 4096;fcntl(fd, F_SETLKW, &l); // F_SETLKW&＃xff1a;锁文件&＃xff0c;如果锁不上&＃xff08;原因&＃xff1a;别人上锁了&＃xff09;&＃xff0c;就等
printf("get lock\n");sleep(10);// 解锁l.l_type &＃61; F_UNLCK; fcntl(fd, F_SETLKW, &l);close(fd);
}

#include
#include
#include
#include
#include
#include int main()
{int fd &＃61; open("a.txt", O_RDWR);// 锁文件开始位置的4K内容struct flock l;l.l_type &＃61; F_WRLCK;l.l_whence &＃61; SEEK_SET;l.l_start &＃61; 1024;l.l_len &＃61; 4096;fcntl(fd, F_GETLK, &l);printf("pid &＃61; %d\n", (int)l.l_pid);#if 0fcntl(fd, F_SETLKW, &l); // F_SETLKW&＃xff1a;锁文件&＃xff0c;如果锁不上&＃xff08;原因&＃xff1a;别人上锁了&＃xff09;&＃xff0c;就等
printf("get lock\n");sleep(10);// 解锁l.l_type &＃61; F_UNLCK; fcntl(fd, F_SETLKW, &l);
#endifclose(fd);
}

10.7 锁

pthread_mutex_init的锁&＃xff0c;可以用于进程间同步&＃xff0c;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&＃xff0c;而不用考虑进程竞争问题。

转:https://www.cnblogs.com/w-x-me/p/6412667.html

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