伪文件的定义

伪文件 不用来存储数据，本身不占用任何空间。是文件系统的一部分，并按目录进行组织 。

目的：提供一种服务，采取和常规文件相同的访问方式进行访问。

多数情况下，伪文件用来访问内核（操作系统的核心部分）提供的服务。

类型：设备文件，命名管道，proc文件

设备文件：也称特殊文件，是物理设备的内部表示，包括计算机和网络中的每个设备都可以当作特殊文件来访问。如键盘，显示器，打印机，磁盘驱动器。

命名管道：管道功能的一个扩展，经一个程序的输出连接到另一个程序的输入上。

proc文件：运行访问内核中的信息。

Unix、Linux系统里面有文件描述符这个概念（万物皆文件），比如常规的文件，标准输入输出错误（0，1，2描述符），还有套接字，消息队列等等。 它们虽然存在文件系统中某个目录，但是不属于任何的文件系统，不占用硬盘的空间，只是在内存中作用。通过内核去管理调用，比如fifo有名管道，实际是内存缓冲区中用于进程通信的。这些文件通常被内核调用为系统提供某些功能。

参考博客

学习视频

管道的概念

  1. 管道是一种最基本的 IPC 机制， 作用于有血缘关系的进程之间

pipe函数： 创建，并打开管道。

int pipe(int fd[2]);
参数：	fd[0]: 读端。

	  fd[1]: 写端。

返回值： 成功： 0

	 失败： -1 errno

image-20210925235307404

练习：使用管道实现父子进程间通信，完成：ls | wc -l 假定父进程实现ls，子进程实现wc

ls命令正常会将结果集写到stdout，但现在会写入管道写端

wc -l命令正常应该从stdin读取数据，但此时会从管道的读端读。

要用到 pipe dup2 exec

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42

#include <unistd.h>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cerrno>
#include <cstring>


using namespace std;
    
int main(void) {
    // printf("fork 子进程 %d\n", pid);
    int fd[2];
    int ret = pipe(fd);
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("error pipe: ");
        exit(1);
    }else if(pid == 0) {
        close(fd[1]);
        //子进程处理
        char buf[6];
        int len = read(fd[0], buf ,sizeof buf);
        if (len == 0) {
            printf("----\n");
        }
        write(STDOUT_FILENO,buf,len);
        printf("写入完毕\n");

    }else {
        //这个是父进程
        close(fd[0]);
        char s[] = "hello world\n";
        //这个向子进程写入数据
        write(fd[1],s,strlen(s));

    }


     
    return 0;
}

进程通信的概念

  1. 进程通信的几种方式：
    1. 用 管道【父子进程 fork 之后通过 管道可以进行通信】
    2. 内存映射 【修改内存 直接改变磁盘文件】

https://pic4.zhimg.com/80/v2-a1c7303b982b50cd195b3b3d359fd57f_720w.jpg

https://pic4.zhimg.com/v2-9aba20b7e08d93a5c3044b40b830e5eb_b.jpg

进程间通信的常用方式，特征：

管道：简单

信号：开销小

mmap映射：非血缘关系进程间

socket（本地套接字）：稳定

管道：

实现原理： 内核借助环形队列机制，使用内核缓冲区实现。

特质；

  1. 伪文件

  2. 管道中的数据只能一次读取。

  3. 数据在管道中，只能单向流动。

局限性：

  1. 自己写，不能自己读。

  2. 数据不可以反复读。

  3. 半双工通信。

  4. 血缘关系进程间可用。

这里写图片描述

pipe函数： 创建，并打开管道。

int pipe(int fd[2]);

参数：	fd[0]: 读端。

	fd[1]: 写端。

返回值： 成功： 0

	 失败： -1 errno

管道的读写行为：

读管道：

  1. 管道有数据，read返回实际读到的字节数。

  2. 管道无数据：

    1.  无写端，read返回0 （类似读到文件尾）
  	2.  有写端，read阻塞等待。

​

​

写管道： 1. 无读端， 异常终止。 （SIGPIPE导致的） 2. 有读端： 1. 管道已满， 阻塞等待 2. 管道未满， 返回写出的字节个数。

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main()
{
        int fds[2];
        if(pipe(fds) < 0){//创建一个管道，用于父子间进行通信
                 perror("pipe");
                 return 1;
        }
        char buf[1024];//临时数组，用于存放通信的消息

        printf("Please enter：");
        fflush(stdout);
        ssize_t s =  read(0,buf,sizeof(buf)-1);
        if(s > 0){
            buf[s] = 0;
        }

        pid_t pid = fork();
        if(pid == 0){//子进程只写,关闭读端
                close(fds[0]);
                while(1){
                        sleep(1);
                        write(fds[1],buf,strlen(buf));//将buf的内容写入管道
                }
        }
        else{//父进程只读，关闭写端
              close(fds[1]);
              char buf1[1024];
              while(1){
                      ssize_t s = read(fds[0],buf1,sizeof(buf1)-1);//从管道里读数据，放入buf
                       if(s > 0){
                                buf1[s-1] = 0;
                                printf("client->farther：%s\n",buf1);
                       }
               }
      }
}

linux 信号机制

A 给 B 发送信号， B收到信号之前执行自己的代码， 收到信号，不管执行到程序的什么位置 ，都要暂停运行 ，去处理信号， 处理完毕再继续执行。 与硬件中断类似 – 异步模式。 但是 信号是软件层面上实现的中断，早期被称为 软中断

  • 信号的特质： 由于信号是通过软件方法实现， 其实现手段导致信号有很强的延时性。 但对于用户来说， 这个延迟时间非常短，不容易察觉
  • 每个进程收到的所有信号，都是由内核负责发送的，内核处理。
  • 目前 信号依然是进程间通信的主要手段之一

学习教程

我们操作系统说的中断，其实就是信号

Linux信号（signal) 机制和Linux信号量（semaphore）机制的区别

Linux信号（signal) 机制 signal，又简称为信号（软中断信号 ）用来通知进程发生了异步事件。 原理： 一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求可以说是一样的。信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制，一个进程不必通过任何操作来等待信号的到达，事实上，进程也不知道信号到底什么时候到达。进程之间可以互相通过系统调用kill发送软中断信号。内核也可以因为内部事件而给进程发送信号，通知进程发生了某个事件。信号机制除了基本通知功能外，还可以传递附加信息。 分类：

从两个不同的分类角度对信号进行：

可靠性方面：可靠信号与不可靠信号；

与时间的关系上：实时信号与非实时信号。

Linux信号量（semaphore）机制 　Linux内核的信号量用来操作系统进程间同步访问共享资源。

原理：信号量在创建时需要设置一个初始值，表示同时可以有几个任务可以访问该信号量保护的共享资源，初始值为1就变成互斥锁（Mutex），即同时只能有一个任务可以访问信号量保护的共享资源。 　　一个任务要想访问共享资源，首先必须得到信号量，获取信号量的操作将把信号量的值减1，若当前信号量的值为负数，表明无法获得信号量，该任务必须挂起在该信号量的等待队列等待该信号量可用；若当前信号量的值为非负数，表示可以获得信号量，因而可以立刻访问被该信号量保护的共享资源。 当任务访问完被信号量保护的共享资源后，必须释放信号量，释放信号量通过把信号量的值加1实现，如果信号量的值为非正数，表明有任务等待当前信号量，因此它也唤醒所有等待该信号量的任务。

[[post/14.新语言学习记录/linux/linux基础原理杂记/linux内核理解/中断机制 | 中断机制]]