Linux进程间通信（互斥锁、条件变量、读写锁、文件锁、信号灯）

为了能够有效的控制多个进程之间的沟通过程，保证沟通过程的有序和和谐，OS必须提供一定的同步机制保证进程之间不会自说自话而是有效的协同工作。比如在 共享内存的通信方式中，两个或者多个进程都要对共享的内存进行数据写入，那么怎么才能保证一个进程在写入的过程中不被其它的进程打断，保证数据的完整性 呢？又怎么保证读取进程在读取数据的过程中数据不会变动，保证读取出的数据是完整有效的呢？

常用的同步方式有： 互斥锁、条件变量、读写锁、记录锁(文件锁)和信号灯.

互斥锁：

顾名思义，锁是用来锁住某种东西的，锁住之后只有有钥匙的人才能对锁住的东西拥有控制权(把锁砸了，把东西偷走的小偷不在我们的讨论范围了)。所谓互斥， 从字面上理解就是互相排斥。因此互斥锁从字面上理解就是一点进程拥有了这个锁，它将排斥其它所有的进程访问被锁住的东西，其它的进程如果需要锁就只能等待，等待拥有锁的进程把锁打开后才能继续运行。 在实现中，锁并不是与某个具体的变量进行关联，它本身是一个独立的对象。进(线)程在有需要的时候获得此对象，用完不需要时就释放掉。

互斥锁的主要特点是互斥锁的释放必须由上锁的进(线)程释放，如果拥有锁的进(线)程不释放，那么其它的进(线)程永远也没有机会获得所需要的互斥锁。

互斥锁主要用于线程之间的同步。

条件变量：

上文中提到，对于互斥锁而言，如果拥有锁的进(线)程不释放锁，其它进(线)程永远没机会获得锁，也就永远没有机会继续执行后续的逻辑。在实际环境下，一 个线程A需要改变一个共享变量X的值，为了保证在修改的过程中X不会被其它的线程修改，线程A必须首先获得对X的锁。现在假如A已经获得锁了，由于业务逻 辑的需要，只有当X的值小于0时，线程A才能执行后续的逻辑，于是线程A必须把互斥锁释放掉，然后继续“忙等”。如下面的伪代码所示：

1.// get x lock

2.while(x

1. lock_set.c实现文件记录锁功能: /* lock_set.c */intlock_set(intfd,inttype){structflock old_lock,locklock.l_

2. 文件写入锁的测试用例 write_lock.c: 创建一个hello文件,之后对其上写入锁,键盘输入任意一个字符后解除写入锁。 /* write_lock.c

3. 在两个终端上运行./write_lock

守护进程daemon，是生存期较长的一种进程。它们常常在系统自举时启动，仅在系统关闭时才终止。因为它们没有控制终端，所以说它们是在后台运行的。UNIX系统有很多守护进程，它们执行日常事务活动。

1、系统自举

自举（bootstrapping）一词来自于人都是靠自身的自举机构站立起来的这一思想。计算机必须具备自举能力将自己所有的元件激活，以便能完成加载 *** 作系统这一目的，然后再由 *** 作系统承担起那些单靠自举代码无法完成的更复杂的任务。

自举只有两个功能：加电自检和磁盘引导。

加电自检：当我们按下计算机电源开关时，头几秒钟机器似乎什么反应也没有，其实，这时的计算机正在进行加电自检，以断定它的所有元件都在正确地工作。如果某个元件有故障，显示器上就会出现报警提示信息（如果显示器也不能正常工作，则以一串嘟嘟声来报警）。由于大多数计算机工作非常可靠，加电自检报警非常罕见。

磁盘引导：查找装有 *** 作系统的磁盘驱动器。从磁盘加载 *** 作系统的原因有二，一是 *** 作系统升级简单容易，二是使用户拥有选择 *** 作系统的自由。

当加电自检和磁盘引导完成时，自举 *** 作就启动一个读写 *** 作系统文件和将它们复制到随机存储器中的过程，此时的机器才是真正意义上的计算机。计算机的启动可以有冷启动和热启动两种方式 ，它们之间的差别是热启动不进行机器的自检（机器本身配置的检查与测试），当计算机在使用过程中由于某些原因造成死机时，可以对计算机进行热启动处理。

2、守护进程的概念

通过ps axj命令可以查看到守护进程：

参数a表示不仅列当前用户的进程，也列出所有其他用户的进程，参数x表示不仅列有控制终端的进程，也列出所有无控制终端的进程，参数j表示列出与作业控制相关的信息。

代码如下:PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND 0 1 1 1 ? -1 Ss 0 0:01 /sbin/init 0 2 0 0 ? -1 S<0 0:00 [kthreadd] 2 3 0 0 ? -1 S<0 0:00 [migration/0] 2 4 0 0 ? -1 S<0 0:00 [ksoftirqd/0]... 1 2373 2373 2373 ? -1 S<s 0 0:00 /sbin/udevd --daemon... 1 4680 4680 4680 ? -1 Ss 0 0:00 /usr/sbin/acpid -c /etc... 1 4808 4808 4808 ? -1 Ss 102 0:00 /sbin/syslogd -u syslog...

凡是TPGID一栏写着-1的都是没有控制终端的进程，也就是守护进程。在COMMAND一列用[]括起来的名字表示内核线程，这些线程在内核里创建，没有用户空间代码，因此没有程序文件名和命令行，通常采用以k开头的名字，表示Kernel。init进程我们已经很熟悉了，udevd负责维护/dev目录下的设备文件，acpid负责电源管理，syslogd负责维护/var/log下的日志文件，可以看出，守护进程通常采用以d结尾的`名字，表示Daemon。 创建守护进程最关键的一步是调用setsid函数创建一个新的Session，并成为Session Leader。 例子： C/C++ Code复制内容到剪贴板 void daemonize(void) { pid_t pidprintf("into deamonizen")if (pid=fork() <0) { perror("fork")exit(1)} else if (pid !=0) { exit(0)} setsid()if (chdir("/") <0) { perror("chdir")exit(1)} close(0)open("/dev/null", O_RDWR)dup2(0, 1)dup2(0, 2)printf("out deamonizen")}

3、编写守护进程 在编写守护进程程序时，需遵循一些基本规则：

（1）首先要做的是调用umask将文件模式创建屏蔽字设置为0。

（2）调用fork，然后使父进程退出。

（3）调用setsid以创建一个新会话。

（4）将当前工作目录更改为根目录。

（5）关闭不再需要的文件描述符。

（6）某些守护进程打开/dev/null使其具有文件描述符0、1和2，任何一个试图读标准输入、写标准输出或标准出错的库例程都不会产生任何效果。 与守护进程有关的一个问题是如何处理出错消息，需要有一个集中的守护进程出错记录设施，这就是syslogd进程。

4、守护进程惯例 为了正常运作，某些守护进程实现为单实例的，有就是在任一时刻只运行该守护进程的一个副本。文件锁和记录锁机制是一种方法的基础，该方法用来保证一个守护进程只有一个副本在运行。

在UNIX系统中，守护进程遵循下列公共惯例：

（1）若守护进程使用锁文件，那么该文件通常存放在/var/run目录中。锁文件的名字通常是name.pid，name是该守护进程或服务的名字。

（2）若守护进程支持配置选项，那么配置文件通常存放在/etc目录中。配置文件的名字通常是name.conf。

（3）守护进程可用命令行启动，但通常它们是由系统初始化脚本启动的。

（4）若一守护进程有一配置文件，那么当该守护进程启动时，它读该文件，但在此之后一般就不会再查看它。

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