第二部分 消息传递

第4章 管道和FIFO

• 管道
  • 所有unix都提供管道
  • 由pipe函数创建，提供单向数据流
  • 函数返回两个文件描述符，前者打开来读，后者打开来写
  • fork调用后，在父子进程间实现单向通信
  • shell管道也是使用的这个，把读出端复制到相应进程的标准输入，把写入端复制到相应进程的标准输出
  • 如果需要双工通信，则需要创建两个管道
  • 每条数据都要穿越用户-内核接口两次
  • waitpid：子进程终止时，内核给父进程产生一个SIGCHLD信号，父进程默认行为是忽略。如果父进程没有调用waitpid来获取子进程（僵尸进程）的终止状态而直接终止的话，子进程将成为托孤给init进程的孤儿进程，内核将向init进程发送另外一个SIGCHLD信号，init进程将随后取得该僵尸进程的终止状态
  • 全双工管道
    • SVR4的pipe函数、许多内核都提供的socketpair函数
  • popen函数
    • FILE *popen(const char *command, const char *type)
    • PATH环境变量可用于定位command
    • popen在调用进程和所指定的命令之间创建一个管道
    • type参数如果为“r”，那么调用进程读comand参数的标准输出；反之同理
    • int pclose(FILE *stream)
    • pclose函数关闭由popen创建的标准IO流，等待终止并返回终止状态
• FIFO
  • 无法在无亲缘关系的两个进程间创建一个管道并将它用于IPC通道（不考虑描述符传递）
  • 每个FIFO有一个路径名与之关联，故也称有名管道（named pipe）
  • 由 mkfifo 函数创建 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode); mode是权限位
  • 创建后还需要调用open，并提供读写模式
  • 半双工
  • 以读模式打开FIFO将阻塞，不正当的操作顺序将导致父子进程的死锁
  • write的原子性
  • 只能用在本地文件系统上，不能用在通过NFS安装的文件系统上
    • 只能在单台主机上使用的IPC形式
  • 只发送请求不读取响应，可进行拒绝服务型攻击
    • 超时时钟
    • 子进程限制
• 内核为管道和FIFO维护一个访问计数器，存储访问同一个管道或FIFO的打开着描述符的格式。有了计数器，客户或服务器就能成功unlink，只要计数器不为0，内核就不会删除引用的管道或FIFO。而其他形式的IPC则不存在这样的计数器。
• 管道和FIFO的额外属性
  • 设置成非阻塞
    • 调用open时指定O_NONBLOCK标志
    • 如果一个描述符已经打开，那么可以调fcntl启用O_NONBLOCK标志（管道只有这种方式，没有open调用）
  • 系统加于管道和FIFO的唯一限制
    • OPEN_MAX 一个进程在任意时刻打开的的最大描述符数 Posix要求至少16
      • 可通过执行ulimit或limit（C shell）从shell中修改
      • 可通过调用 setrlimit 函数从一个进程中修改
    • PIPE_BUF 可原子地写往一个管道或FIFO的最大数据量 Posix要求至少512
  • 。。。
• 字节流与消息
  • 消息边界如何区分
    • 带特殊终止序列，例如换行符、一个回车符加上换行符（CR/LF）
    • 显式长度
    • 每次连接表示一个记录，例如HTTP1.0
  • 也可构建更为结构化的消息（加上长度和优先级两个属性）

第5章 Posix消息队列

• 消息队列可认为是一个消息链表
• 在某个进程往一个队列写入消息之前，并不需要另外某个进程在该队列上等待消息的到达
• 随内核的持续性
• Posix消息队列和System V消息队列的异同点
  • 不同点
    • 优先级上的特性
      • Posix： 总是返回最高优先级
      • System V：可返回任意指定优先级
    • 消息对线程的hook（仅Posix）
  • 共有属性
    • 具有一个无符号整数优先级（Posix）或者长整数类型（System V）
    • 消息的数据部分长度
    • 数据本身
• 一些API
  • mq_open
  • mq_close
    • 一个进程终止时，它的所有打开着的消息队列都自动关闭。但其消息队列并不从系统中删除
  • mq_unlink
    • 从系统中删除用作mq_open第一个参数的某个name
  • mq_getattr
  • mq_setattr
  • mq_send
  • mq_receive
  • mq_notify
    • int mq_notify(mqd_t mqdes, const struct sigevent *notification);
    • 两种方式
      • 产生一个信号
      • 创建一个线程来执行一个指定的函数
    • 几个规则
      • notification非空，当前进程被注册为接受该队列的通知
      • notification为空指针，如果当前进程正被注册为接受所指定队列的通知，那么已存在的注册将被注销
      • 任何一个时刻，只有一个进程可以被注册为接收某个给定队列的通知
      • 只有不存在正被阻塞的mq_receive调用时，通知才会发出
• 消息队列的限制
  • mq_mqxmsg 队列中的最大消息数
  • mq_msgsize 给定消息的最大字节数
  • MQ_OPEN_MAX 一个进程能同时拥有的打开着的消息队列的最大数目
  • MQ_PRIO_MAX 任意消息的最大优先级加1
• Posix 实时信号
  • 可划分为两个大组
    • 值在 SIGRTMIN 和 SIGRTMAX 之间（包括两者）的实时信号，Posix要求至少提供 RTSIG_MAX 种实时信号，该常值的最小值为8
    • 所有其他信号：ISGALRM、ISGINT、SIGKILL等
  • 如果需要实时行为，我们必须使用SIGRTMIN和SIGRTMAX直接的新的实时信号，而且在安装信号处理程序时必须给sigaction指定SA_SIGINFO标志
  • 实时行为
    • 信号是排队的。产生几次，就递交几次。
    • 当有多个SIGRTMIN到SIGRTMAX范围内的解阻塞信号排队时，值较小的信号先于值较大的信号递交
    • 当某个非实时信号递交时，传递给它的信号处理程序的唯一参数是该信号的值。实时信号比其他信号携带更多的信息。
    • 一些新函数定义成使用实时信号工作。例如sigqueue函数用于替代kill函数向某个进程发送一个信号
  • 实时信号的产生
    • SI_ASYNCIO 异步IO请求
    • SI_MESGQ 有一个消息被仿制到某个空消息队列中时产生
    • SI_QUEUE 信号由sigqueue函数发出
    • SI_TIMER 信号由使用timer_settime函数设置的某个定时器的到时产生
    • SI_USER 信号由kill函数发出
• 使用内存映射IO实现Posix消息队列
  • 内存映射IO+Posix互斥锁+条件变量
  • 。。。

第6章 System V 消息队列

System V消息队列与Posix消息队列类似。新的应用程序应考虑使用Posix消息队列，不过大量的现有代码使用SystemV消息队列。Posix消息队列缺失的主要特性是从队列中读出指定优先级的消息的能力。这两种消息队列不使用真正的描述符，从而造成在消息队列上使用select或poll的能力。