IPC：
Linux环境下，进程地址空间相互独立，每个进程各自有不同的用户地址空间。任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程和进程之间不能相互访问，要交换数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲区，进程1把数据从用户空间拷到内核缓冲区，进程2再从内核缓冲区把数据读走，内核提供的这种机制称为进程间通信（IPC，InterProcess Communication）。
IPC 技术有如下几种：pipe，fifo，mmap，信号，本地套
pipe：血缘关系的进程之间，完成数据传递
int pipe(int pipefd[2]);
函数调用成功返回r/w两个文件描述符。无需open，但需手动close。
规定：fd[0] → r； fd[1] → w，就像0对应标准输入，1对应标准输出一样。
fifo：可以用于无血缘进程间的通讯
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode); 成功：0； 失败：-1
一旦使用mkfifo创建了一个FIFO，就可以使用open打开它，常见的文件I/O函数都可用于fifo。如：close、read、write、unlink等。
mmap 使用共享存储映射 重点，效率高
void *mmap(void *adrr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
mmap 的替换方案，匿名映射
int *p = mmap(NULL, 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
"4"随意举例，该位置表大小，可依实际需要填写。
本地套(C/S 模型)
ocket API原本是为网络通讯设计的，但后来在socket的框架上发展出一种IPC机制，就是UNIX Domain Socket。虽然网络socket也可用于同一台主机的进程间通讯（通过loopback地址127.0.0.1），但是UNIX Domain Socket用于IPC更有效率：不需要经过网络协议栈，不需要打包拆包、计算校验和、维护序号和应答等，只是将应用层数据从一个进程拷贝到另一个进程。这是因为，IPC机制本质上是可靠的通讯，而网络协议是为不可靠的通讯设计的。UNIX Domain Socket也提供面向流和面向数据包两种API接口，类似于TCP和UDP，但是面向消息的UNIX Domain Socket也是可靠的，消息既不会丢失也不会顺序错乱。
UNIX Domain Socket是全双工的，API接口语义丰富，相比其它IPC机制有明显的优越性，目前已成为使用最广泛的IPC机制，比如X Window服务器和GUI程序之间就是通过UNIXDomain Socket通讯的。
使用UNIX Domain Socket的过程和网络socket十分相似，也要先调用socket()创建一个socket文件描述符，address family指定为AF_UNIX，type可以选择SOCK_DGRAM或SOCK_STREAM，protocol参数仍然指定为0即可。
UNIX Domain Socket与网络socket编程最明显的不同在于地址格式不同，用结构体sockaddr_un表示，网络编程的socket地址是IP地址加端口号，而UNIX Domain Socket的地址是一个socket类型的文件在文件系统中的路径，这个socket文件由bind()调用创建，如果调用bind()时该文件已存在，则bind()错误返回。
对比网络套接字地址结构和本地套接字地址结构：
struct sockaddr_in {
__kernel_sa_family_t sin_family; /* Address family */ 地址结构类型
__be16 sin_port; /* Port number */ 端口号
struct in_addr sin_addr; /* Internet address */ IP地址
};
struct sockaddr_un {
__kernel_sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */ 地址结构类型
char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */ socket文件名(含路径)
};
以下程序将UNIX Domain socket绑定到一个地址。
size = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(un.sun_path);
#define offsetof(type, member) ((int)&((type *)0)->MEMBER)
server代码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define QLEN 10
/*
* Create a server endpoint of a connection.
* Returns fd if all OK, <0 on error.
*/
int serv_listen(const char *name)
{
int fd, len, err, rval;
struct sockaddr_un un;
/* create a UNIX domain stream socket */
if ((fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
return(-1);
/* in case it already exists */
unlink(name);
/* fill in socket address structure */
memset(&un, 0, sizeof(un));
un.sun_family = AF_UNIX;
strcpy(un.sun_path, name);
len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(name);
/* bind the name to the descriptor */
if (bind(fd, (struct sockaddr *)&un, len) < 0) {
rval = -2;
goto errout;
}
if (listen(fd, QLEN) < 0) { /* tell kernel we're a server */
rval = -3;
goto errout;
}
return(fd);
errout:
err = errno;
close(fd);
errno = err;
return(rval);
}
int serv_accept(int listenfd, uid_t *uidptr)
{
int clifd, len, err, rval;
time_t staletime;
struct sockaddr_un un;
struct stat statbuf;
len = sizeof(un);
if ((clifd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&un, &len)) < 0)
return(-1); /* often errno=EINTR, if signal caught */
/* obtain the client's uid from its calling address */
len -= offsetof(struct sockaddr_un, sun_path); /* len of pathname */
un.sun_path[len] = 0; /* null terminate */
if (stat(un.sun_path, &statbuf) < 0) {
rval = -2;
goto errout;
}
if (S_ISSOCK(statbuf.st_mode) == 0) {
rval = -3; /* not a socket */
goto errout;
}
if (uidptr != NULL)
*uidptr = statbuf.st_uid; /* return uid of caller */
/* we're done with pathname now */
unlink(un.sun_path);
return(clifd);
errout:
err = errno;
close(clifd);
errno = err;
return(rval);
}
int main(void)
{
int lfd, cfd, n, i;
uid_t cuid;
char buf[1024];
lfd = serv_listen("foo.socket");
if (lfd < 0) {
switch (lfd) {
case -3:perror("listen"); break;
case -2:perror("bind"); break;
case -1:perror("socket"); break;
}
exit(-1);
}
cfd = serv_accept(lfd, &cuid);
if (cfd < 0) {
switch (cfd) {
case -3:perror("not a socket"); break;
case -2:perror("a bad filename"); break;
case -1:perror("accept"); break;
}
exit(-1);
}
while (1) {
r_again:
n = read(cfd, buf, 1024);
if (n == -1) {
if (errno == EINTR)
goto r_again;
}
else if (n == 0) {
printf("the other side has been closed.\n");
break;
}
for (i = 0; i < n; i++)
buf[i] = toupper(buf[i]);
write(cfd, buf, n);
}
close(cfd);
close(lfd);
return 0;
}
client代码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define CLI_PATH "/var/tmp/" /* +5 for pid = 14 chars */
/*
* Create a client endpoint and connect to a server.
* Returns fd if all OK, <0 on error.
*/
int cli_conn(const char *name)
{
int fd, len, err, rval;
struct sockaddr_un un;
/* create a UNIX domain stream socket */
if ((fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
return(-1);
/* fill socket address structure with our address */
memset(&un, 0, sizeof(un));
un.sun_family = AF_UNIX;
sprintf(un.sun_path, "%s%05d", CLI_PATH, getpid());
len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(un.sun_path);
/* in case it already exists */
unlink(un.sun_path);
if (bind(fd, (struct sockaddr *)&un, len) < 0) {
rval = -2;
goto errout;
}
/* fill socket address structure with server's address */
memset(&un, 0, sizeof(un));
un.sun_family = AF_UNIX;
strcpy(un.sun_path, name);
len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(name);
if (connect(fd, (struct sockaddr *)&un, len) < 0) {
rval = -4;
goto errout;
}
return(fd);
errout:
err = errno;
close(fd);
errno = err;
return(rval);
}
int main(void)
{
int fd, n;
char buf[1024];
fd = cli_conn("foo.socket");
if (fd < 0) {
switch (fd) {
case -4:perror("connect"); break;
case -3:perror("listen"); break;
case -2:perror("bind"); break;
case -1:perror("socket"); break;
}
exit(-1);
}
while (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) != NULL) {
write(fd, buf, strlen(buf));
n = read(fd, buf, sizeof(buf));
write(STDOUT_FILENO, buf, n);
}
close(fd);
return 0;
}
对比 网络编程
广播
当我们绑定的IP地址的最后一位是255时，表示这是一个广播
192.168.31.255
类似这样的需求，局域网内，老师上课，下面的同学每个人都有一个电脑，可以显示老师屏幕上的东西，实际上大部分都用的UDP，和广播实现的。
server
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define SERVER_PORT 8000 /* 无关紧要 */
#define MAXLINE 1500
#define BROADCAST_IP "192.168.42.255"
#define CLIENT_PORT 9000 /* 重要 */
int main(void)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in serveraddr, clientaddr;
char buf[MAXLINE];
/* 构造用于UDP通信的套接字 */
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));
serveraddr.sin_family = AF_INET; /* IPv4 */
serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /* 本地任意IP INADDR_ANY = 0 */
serveraddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));
int flag = 1;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &flag, sizeof(flag));
/*构造 client 地址 IP+端口 192.168.7.255+9000 */
bzero(&clientaddr, sizeof(clientaddr));
clientaddr.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET, BROADCAST_IP, &clientaddr.sin_addr.s_addr);
clientaddr.sin_port = htons(CLIENT_PORT);
int i = 0;
while (1) {
sprintf(buf, "Drink %d glasses of water\n", i++);
//fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)&clientaddr, sizeof(clientaddr));
sleep(1);
}
close(sockfd);
return 0;
}
client
#include
#include
#include
#include
#include
#define SERVER_PORT 8000
#define MAXLINE 4096
#define CLIENT_PORT 9000
int main(int argc, char *argv[])
{
struct sockaddr_in localaddr;
int confd;
ssize_t len;
char buf[MAXLINE];
//1.创建一个socket
confd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
//2.初始化本地端地址
bzero(&localaddr, sizeof(localaddr));
localaddr.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0" , &localaddr.sin_addr.s_addr);
localaddr.sin_port = htons(CLIENT_PORT);
int ret = bind(confd, (struct sockaddr *)&localaddr, sizeof(localaddr)); //显示绑定不能省略
if (ret == 0)
printf("...bind ok...\n");
while (1) {
len = recvfrom(confd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, 0);
write(STDOUT_FILENO, buf, len);
}
close(confd);
return 0;
}
组播
这是相对于广播来说的一个概念，广播是对所有的，组播是一部分
组播组可以是永久的也可以是临时的。组播组地址中，有一部分由官方分配的，称为永久组播组。永久组播组保持不变的是它的ip地址，组中的成员构成可以发生变化。永久组播组中成员的数量都可以是任意的，甚至可以为零。那些没有保留下来供永久组播组使用的ip组播地址，可以被临时组播组利用。
224.0.0.0～224.0.0.255 为预留的组播地址（永久组地址），地址224.0.0.0保留不做分配，其它地址供路由协议使用；
224.0.1.0～224.0.1.255 是公用组播地址，可以用于Internet；欲使用需申请。
224.0.2.0～238.255.255.255 为用户可用的组播地址（临时组地址），全网范围内有效；
239.0.0.0～239.255.255.255 为本地管理组播地址，仅在特定的本地范围内有效。
可使用ip ad命令查看网卡编号，如：
itcast$ ip ad
1: lo:
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
inet 127.0.0.1/8 scope host lo
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 ::1/128 scope host
valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0:
link/ether 00:0c:29:0a:c4:f4 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet6 fe80::20c:29ff:fe0a:c4f4/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
if_nametoindex 命令可以根据网卡名，获取网卡序号。
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);
server：获取组播权限。
setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF, &group, sizeof(group));
client：将本客户端加入组播。
setsockopt(confd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &group, sizeof(group));
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);
server
#include
#include
#include
#include
#include
#define SERVER_PORT 8000
#define CLIENT_PORT 9000
#define MAXLINE 1500
#define GROUP "239.0.0.2"
int main(void)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in serveraddr, clientaddr;
char buf[MAXLINE] = "itcast\n";
struct ip_mreqn group;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); /* 构造用于UDP通信的套接字 */
bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));
serveraddr.sin_family = AF_INET; /* IPv4 */
serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /* 本地任意IP INADDR_ANY = 0 */
serveraddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));
inet_pton(AF_INET, GROUP, &group.imr_multiaddr); /* 设置组地址 */
inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &group.imr_address); /* 本地任意IP */
group.imr_ifindex = if_nametoindex("eth0"); /* 给出网卡名,转换为对应编号: eth0 --> 编号 命令:ip ad */
setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF, &group, sizeof(group)); /* 组播权限 */
bzero(&clientaddr, sizeof(clientaddr)); /* 构造 client 地址 IP+端口 */
clientaddr.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET, GROUP, &clientaddr.sin_addr.s_addr); /* IPv4 239.0.0.2+9000 */
clientaddr.sin_port = htons(CLIENT_PORT);
int i = 0;
while (1) {
sprintf(buf, "itcast %d\n", i++);
//fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)&clientaddr, sizeof(clientaddr));
sleep(1);
}
close(sockfd);
return 0;
}
client
#include
#include
#include
#include
#include
#define SERVER_PORT 8000
#define CLIENT_PORT 9000
#define GROUP "239.0.0.2"
int main(int argc, char *argv[])
{
struct sockaddr_in localaddr;
int confd;
ssize_t len;
char buf[BUFSIZ];
struct ip_mreqn group; /* 组播结构体 */
confd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
bzero(&localaddr, sizeof(localaddr)); /* 初始化 */
localaddr.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0" , &localaddr.sin_addr.s_addr);
localaddr.sin_port = htons(CLIENT_PORT);
bind(confd, (struct sockaddr *)&localaddr, sizeof(localaddr));
inet_pton(AF_INET, GROUP, &group.imr_multiaddr); /* 设置组地址 */
inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &group.imr_address); /* 使用本地任意IP添加到组播组 */
group.imr_ifindex = if_nametoindex("eth0"); /* 通过网卡名-->编号 ip ad */
setsockopt(confd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &group, sizeof(group));/* 设置client 加入多播组 */
while (1) {
len = recvfrom(confd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, 0);
write(STDOUT_FILENO, buf, len);
}
close(confd);
return 0;
}
参考阅读
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