一、引言

　　對于沒有接觸過Unix/Linux操作系統(tǒng)的人來說，fork是最難理解的概念之一：它執(zhí)行一次卻返回兩個值。fork函數(shù)是Unix系統(tǒng)最杰出的成就之一，它是七十年代UNIX早期的開發(fā)者經(jīng)過長期在理論和實踐上的艱苦探索后取得的成果怀跛，一方面，它使操作系統(tǒng)在進(jìn)程管理上付出了最小的代價柄冲，另一方面吻谋，又為程序員提供了一個簡潔明了的多進(jìn)程方法。與DOS和早期的Windows不同现横，Unix/Linux系統(tǒng)是真正實現(xiàn)多任務(wù)操作的系統(tǒng)漓拾，可以說阁最，不使用多進(jìn)程編程，就不能算是真正的Linux環(huán)境下編程骇两。

　　多線程程序設(shè)計的概念早在六十年代就被提出速种，但直到八十年代中期，Unix系統(tǒng)中才引入多線程機(jī)制低千，如今配阵，由于自身的許多優(yōu)點，多線程編程已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用示血。

下面棋傍，我們將介紹在Linux下編寫多進(jìn)程和多線程程序的一些初步知識。

二难审、多進(jìn)程編程

什么是一個進(jìn)程瘫拣？進(jìn)程這個概念是針對系統(tǒng)而不是針對用戶的，對用戶來說剔宪，他面對的概念是程序。當(dāng)用戶敲入命令執(zhí)行一個程序的時候壹无，對系統(tǒng)而言葱绒，它將啟動一個進(jìn)程。但和程序不同的是斗锭，在這個進(jìn)程中地淀，系統(tǒng)可能需要再啟動一個或多個進(jìn)程來完成獨立的多個任務(wù)。多進(jìn)程編程的主要內(nèi)容包括進(jìn)程控制和進(jìn)程間通信岖是，在了解這些之前帮毁，我們先要簡單知道進(jìn)程的結(jié)構(gòu)。

2.1 Linux下進(jìn)程的結(jié)構(gòu)

　　Linux下一個進(jìn)程在內(nèi)存里有三部分的數(shù)據(jù)豺撑，就是"代碼段"烈疚、"堆棧段"和"數(shù)據(jù)段"。其實學(xué)過匯編語言的人一定知道聪轿，一般的CPU都有上述三種段寄存器爷肝，以方便操作系統(tǒng)的運(yùn)行。這三個部分也是構(gòu)成一個完整的執(zhí)行序列的必要的部分陆错。

　　"代碼段"灯抛，顧名思義，就是存放了程序代碼的數(shù)據(jù)音瓷，假如機(jī)器中有數(shù)個進(jìn)程運(yùn)行相同的一個程序对嚼，那么它們就可以使用相同的代碼段。"堆棧段"存放的就是子程序的返回地址绳慎、子程序的參數(shù)以及程序的局部變量纵竖。而數(shù)據(jù)段則存放程序的全局變量漠烧，常數(shù)以及動態(tài)數(shù)據(jù)分配的數(shù)據(jù)空間（比如用malloc之類的函數(shù)取得的空間）。這其中有許多細(xì)節(jié)問題磨确，這里限于篇幅就不多介紹了沽甥。系統(tǒng)如果同時運(yùn)行數(shù)個相同的程序，它們之間就不能使用同一個堆棧段和數(shù)據(jù)段乏奥。

2.2 Linux下的進(jìn)程控制

在傳統(tǒng)的Unix環(huán)境下摆舟，有兩個基本的操作用于創(chuàng)建和修改進(jìn)程：函數(shù)fork( )用來創(chuàng)建一個新的進(jìn)程，該進(jìn)程幾乎是當(dāng)前進(jìn)程的一個完全拷貝邓了；函數(shù)族exec( )用來啟動另外的進(jìn)程以取代當(dāng)前運(yùn)行的進(jìn)程恨诱。Linux的進(jìn)程控制和傳統(tǒng)的Unix進(jìn)程控制基本一致，只在一些細(xì)節(jié)的地方有些區(qū)別骗炉，例如在Linux系統(tǒng)中調(diào)用vfork和fork完全相同照宝，而在有些版本的Unix系統(tǒng)中，vfork調(diào)用有不同的功能句葵。由于這些差別幾乎不影響我們大多數(shù)的編程厕鹃，在這里我們不予考慮。

2.2.1 fork（）

　　fork在英文中是"分叉"的意思乍丈。為什么取這個名字呢剂碴？因為一個進(jìn)程在運(yùn)行中，如果使用了fork轻专，就產(chǎn)生了另一個進(jìn)程忆矛，于是進(jìn)程就"分叉"了，所以這個名字取得很形象请垛。下面就看看如何具體使用fork催训，這段程序演示了使用fork的基本框架：

1void main()

2{

3? ? int i;

4? ? if ( fork() == 0 )

5? ? {

6? ? ? /* 子進(jìn)程程序 */

7? ? ? for ( i = 1; i <1000; i ++ )

8? ? ? ? ? printf("This is child process\n");

9? ? }

10? ? else

11? ? {

12? ? ? /* 父進(jìn)程程序*/

13? ? ? for ( i = 1; i <1000; i ++ )

14? ? ? printf("This is process process\n");

15? ? }

16}

　程序運(yùn)行后，你就能看到屏幕上交替出現(xiàn)子進(jìn)程與父進(jìn)程各打印出的一千條信息了宗收。如果程序還在運(yùn)行中漫拭，你用ps命令就能看到系統(tǒng)中有兩個它在運(yùn)行了。

　　那么調(diào)用這個fork函數(shù)時發(fā)生了什么呢混稽？fork函數(shù)啟動一個新的進(jìn)程嫂侍，前面我們說過，這個進(jìn)程幾乎是當(dāng)前進(jìn)程的一個拷貝：子進(jìn)程和父進(jìn)程使用相同的代碼段荚坞；子進(jìn)程復(fù)制父進(jìn)程的堆棧段和數(shù)據(jù)段挑宠。這樣，父進(jìn)程的所有數(shù)據(jù)都可以留給子進(jìn)程颓影，但是各淀，子進(jìn)程一旦開始運(yùn)行，雖然它繼承了父進(jìn)程的一切數(shù)據(jù)诡挂，但實際上數(shù)據(jù)卻已經(jīng)分開碎浇，相互之間不再有影響了临谱，也就是說，它們之間不再共享任何數(shù)據(jù)了奴璃。它們再要交互信息時悉默，只有通過進(jìn)程間通信來實現(xiàn)，這將是我們下面的內(nèi)容苟穆。既然它們?nèi)绱讼嘞蟪危到y(tǒng)如何來區(qū)分它們呢？這是由函數(shù)的返回值來決定的雳旅。對于父進(jìn)程跟磨， fork函數(shù)返回了子程序的進(jìn)程號，而對于子程序攒盈，fork函數(shù)則返回零抵拘。在操作系統(tǒng)中，我們用ps函數(shù)就可以看到不同的進(jìn)程號型豁，對父進(jìn)程而言僵蛛，它的進(jìn)程號是由比它更低層的系統(tǒng)調(diào)用賦予的，而對于子進(jìn)程而言迎变，它的進(jìn)程號即是fork函數(shù)對父進(jìn)程的返回值充尉。在程序設(shè)計中，父進(jìn)程和子進(jìn)程都要調(diào)用函數(shù)fork（）下面的代碼氏豌，而我們就是利用fork（）函數(shù)對父子進(jìn)程的不同返回值用if...else...語句來實現(xiàn)讓父子進(jìn)程完成不同的功能喉酌，正如我們上面舉的例子一樣热凹。我們看到泵喘，上面例子執(zhí)行時兩條信息是交互無規(guī)則的打印出來的，這是父子進(jìn)程獨立執(zhí)行的結(jié)果，雖然我們的代碼似乎和串行的代碼沒有什么區(qū)別。

　　讀者也許會問新荤，如果一個大程序在運(yùn)行中提澎，它的數(shù)據(jù)段和堆棧都很大，一次fork就要復(fù)制一次晴楔，那么fork的系統(tǒng)開銷不是很大嗎？其實UNIX自有其解決的辦法，大家知道芜繁，一般CPU都是以"頁"為單位來分配內(nèi)存空間的，每一個頁都是實際物理內(nèi)存的一個映像绒极，象INTEL的CPU骏令，其一頁在通常情況下是 4086字節(jié)大小，而無論是數(shù)據(jù)段還是堆棧段都是由許多"頁"構(gòu)成的垄提，fork函數(shù)復(fù)制這兩個段榔袋，只是"邏輯"上的周拐，并非"物理"上的，也就是說凰兑，實際執(zhí)行fork時妥粟，物理空間上兩個進(jìn)程的數(shù)據(jù)段和堆棧段都還是共享著的，當(dāng)有一個進(jìn)程寫了某個數(shù)據(jù)時吏够，這時兩個進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)才有了區(qū)別勾给，系統(tǒng)就將有區(qū)別的" 頁"從物理上也分開。系統(tǒng)在空間上的開銷就可以達(dá)到最小稿饰。

　　下面演示一個足以"搞死"Linux的小程序锦秒，其源代碼非常簡單：

1void main()?

2{

3for( ; ; )

4{

5fork();

6}

7}

　　這個程序什么也不做，就是死循環(huán)地fork喉镰，其結(jié)果是程序不斷產(chǎn)生進(jìn)程旅择，而這些進(jìn)程又不斷產(chǎn)生新的進(jìn)程，很快侣姆，系統(tǒng)的進(jìn)程就滿了生真，系統(tǒng)就被這么多不斷產(chǎn)生 的進(jìn)程"撐死了"。當(dāng)然只要系統(tǒng)管理員預(yù)先給每個用戶設(shè)置可運(yùn)行的最大進(jìn)程數(shù)捺宗，這個惡意的程序就完成不了企圖了柱蟀。

? ? ? ? fork有兩個典型的用法：(引自：https://blog.csdn.net/bad_good_man/article/details/49364947)

　　1.一個進(jìn)程創(chuàng)建一個自身的拷貝，這樣每個拷貝都可以在另一個拷貝執(zhí)行其他任務(wù)的同時處理各自的某個操作蚜厉。這是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的典型用法长已。 ? ? ? ?

2.一個進(jìn)程想要執(zhí)行另一個程序。既然創(chuàng)建新進(jìn)程的唯一方法為調(diào)用fork昼牛，該進(jìn)程于是首先調(diào)用fork創(chuàng)建一個自身的拷貝术瓮，然后其中一個拷貝（通常為子進(jìn)程）調(diào)用exec把自身替換成新的程序。這是諸如shell之類程序的典型用法贰健。

2.2.2 exec( )函數(shù)族

下面我們來看看一個進(jìn)程如何來啟動另一個程序的執(zhí)行胞四。在Linux中要使用exec函數(shù)族。系統(tǒng)調(diào)用execve（）對當(dāng)前進(jìn)程進(jìn)行替換伶椿，替換者為一個指定的程序辜伟，其參數(shù)包括文件名（filename）、參數(shù)列表（argv）以及環(huán)境變量（envp）脊另。exec函數(shù)族當(dāng)然不止一個导狡，但它們大致相同，在 Linux中偎痛，它們分別是：execl旱捧，execlp，execle看彼，execv廊佩，execve和execvp囚聚，下面我只以execlp為例，其它函數(shù)究竟與execlp有何區(qū)別标锄，請通過manexec命令來了解它們的具體情況顽铸。

　　一個進(jìn)程一旦調(diào)用exec類函數(shù)，它本身就"死亡"了料皇，系統(tǒng)把代碼段替換成新的程序的代碼谓松，廢棄原有的數(shù)據(jù)段和堆棧段，并為新程序分配新的數(shù)據(jù)段與堆棧段践剂，唯一留下的鬼譬，就是進(jìn)程號，也就是說逊脯，對系統(tǒng)而言优质，還是同一個進(jìn)程，不過已經(jīng)是另一個程序了军洼。（不過exec類函數(shù)中有的還允許繼承環(huán)境變量之類的信息巩螃。）

那么如果我的程序想啟動另一程序的執(zhí)行但自己仍想繼續(xù)運(yùn)行的話，怎么辦呢匕争？那就是結(jié)合fork與exec的使用避乏。下面一段代碼顯示如何啟動運(yùn)行其它程序：

　　此程序從終端讀入命令并執(zhí)行之，執(zhí)行完成后甘桑，父進(jìn)程繼續(xù)等待從終端讀入命令拍皮。熟悉DOS和WINDOWS系統(tǒng)調(diào)用的朋友一定知道DOS/WINDOWS也有exec類函數(shù)，其使用方法是類似的跑杭，但DOS/WINDOWS還有spawn類函數(shù)铆帽，因為DOS是單任務(wù)的系統(tǒng)，它只能將"父進(jìn)程"駐留在機(jī)器內(nèi)再執(zhí)行"子進(jìn)程"艘蹋，這就是spawn類的函數(shù)锄贼。WIN32已經(jīng)是多任務(wù)的系統(tǒng)了票灰，但還保留了spawn類函數(shù)女阀，WIN32中實現(xiàn)spawn函數(shù)的方法同前述 UNIX中的方法差不多，開設(shè)子進(jìn)程后父進(jìn)程等待子進(jìn)程結(jié)束后才繼續(xù)運(yùn)行屑迂。UNIX在其一開始就是多任務(wù)的系統(tǒng)浸策，所以從核心角度上講不需要spawn類函數(shù)。

　　在這一節(jié)里惹盼，我們還要講講system（）和popen（）函數(shù)庸汗。system（）函數(shù)先調(diào)用fork（），然后再調(diào)用exec（）來執(zhí)行用戶的登錄 shell手报，通過它來查找可執(zhí)行文件的命令并分析參數(shù)蚯舱，最后它么使用wait（）函數(shù)族之一來等待子進(jìn)程的結(jié)束改化。函數(shù)popen（）和函數(shù) system（）相似，不同的是它調(diào)用pipe（）函數(shù)創(chuàng)建一個管道陈肛，通過它來完成程序的標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出兄裂。這兩個函數(shù)是為那些不太勤快的程序員設(shè)計的，在效率和安全方面都有相當(dāng)?shù)娜毕萏溉觯诳赡艿那闆r下匾南，應(yīng)該盡量避免。

2.3 Linux下的進(jìn)程間通信

　　詳細(xì)的講述進(jìn)程間通信在這里絕對是不可能的事情立宜，而且筆者很難有信心說自己對這一部分內(nèi)容的認(rèn)識達(dá)到了什么樣的地步臊岸，所以在這一節(jié)的開頭首先向大家推薦著名作者Richard Stevens的著名作品：《Advanced Programming in the UNIX Environment》帅戒，它的中文譯本《UNIX環(huán)境高級編程》已有機(jī)械工業(yè)出版社出版，原文精彩逻住，譯文同樣地道瞎访，如果你的確對在Linux下編程有濃厚的興趣，那么趕緊將這本書擺到你的書桌上或計算機(jī)旁邊來播演。說這么多實在是難抑心中的景仰之情伴奥，言歸正傳，在這一節(jié)里拾徙，我們將介紹進(jìn)程間通信最最初步和最最簡單的一些知識和概念。

　　首先暂衡，進(jìn)程間通信至少可以通過傳送打開文件來實現(xiàn)询微，不同的進(jìn)程通過一個或多個文件來傳遞信息狂巢，事實上，在很多應(yīng)用系統(tǒng)里代态，都使用了這種方法疹吃。但一般說來，進(jìn)程間通信（IPC：InterProcess Communication）不包括這種似乎比較低級的通信方法萨驶。Unix系統(tǒng)中實現(xiàn)進(jìn)程間通信的方法很多腔呜，而且不幸的是，極少方法能在所有的Unix系統(tǒng)中進(jìn)行移植（唯一一種是半雙工的管道膝但，這也是最原始的一種通信方式）跟束。而Linux作為一種新興的操作系統(tǒng)丑孩，幾乎支持所有的Unix下常用的進(jìn)程間通信方法：管道温学、消息隊列、共享內(nèi)存逃延、信號量箩帚、套接口等等黄痪。下面我們將逐一介紹。

2.3.1 管道

　　管道是進(jìn)程間通信中最古老的方式，它包括無名管道和有名管道兩種是嗜，前者用于父進(jìn)程和子進(jìn)程間的通信愈案，后者用于運(yùn)行于同一臺機(jī)器上的任意兩個進(jìn)程間的通信鹅搪。

　　無名管道由pipe（）函數(shù)創(chuàng)建：

　　#include <unistd.h>

　　int pipe(int filedis[2])站绪；

　　參數(shù)filedis返回兩個文件描述符：filedes[0]為讀而打開丽柿，filedes[1]為寫而打開恢准。filedes[1]的輸出是filedes[0]的輸入。下面的例子示范了如何在父進(jìn)程和子進(jìn)程間實現(xiàn)通信馁筐。

#define INPUT 0

#define OUTPUT 1

void main() {

? int file_descriptors[2];

? /*定義子進(jìn)程號 */

? pid_t pid;

? char buf[256];

? int returned_count;

? /*創(chuàng)建無名管道*/

? pipe(file_descriptors);

? /*創(chuàng)建子進(jìn)程*/

? if((pid = fork()) == -1) {

? ? ? printf("Error in fork\n");

? ? ? exit(1);

? }

? /*執(zhí)行子進(jìn)程*/

? if(pid == 0) {

? ? ? printf("in the spawned (child) process...\n");

? ? ? /*子進(jìn)程向父進(jìn)程寫數(shù)據(jù)，關(guān)閉管道的讀端*/

? ? ? close(file_descriptors[INPUT]);

? ? ? write(file_descriptors[OUTPUT], "test data", strlen("test data"));

? ? ? exit(0);

? } else {

? ? ? /*執(zhí)行父進(jìn)程*/

? ? ? printf("in the spawning (parent) process...\n");

? ? ? /*父進(jìn)程從管道讀取子進(jìn)程寫的數(shù)據(jù)坠非，關(guān)閉管道的寫端*/

? ? ? close(file_descriptors[OUTPUT]);

? ? ? returned_count = read(file_descriptors[INPUT], buf, sizeof(buf));

? ? ? printf("%d bytes of data received from spawned process: %s\n",

? ? ? returned_count, buf);

? }

}

　在Linux系統(tǒng)下敏沉，有名管道可由兩種方式創(chuàng)建：命令行方式mknod系統(tǒng)調(diào)用和函數(shù)mkfifo。下面的兩種途徑都在當(dāng)前目錄下生成了一個名為myfifo的有名管道：

　　方式一：mkfifo("myfifo","rw");

　　方式二：mknod myfifo p

　　生成了有名管道后炎码，就可以使用一般的文件I/O函數(shù)如open、close潦闲、read歉闰、write等來對它進(jìn)行操作。下面即是一個簡單的例子赵辕，假設(shè)我們已經(jīng)創(chuàng)建了一個名為myfifo的有名管道还惠。

/* 進(jìn)程一：讀有名管道*/

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

void main() {

? FILE * in_file;

? int count = 1;

? char buf[80];

? in_file = fopen("mypipe", "r");

? if (in_file == NULL) {

? ? ? printf("Error in fdopen.\n");

? ? ? exit(1);

? }

? while ((count = fread(buf, 1, 80, in_file)) > 0)

? ? ? printf("received from pipe: %s\n", buf);

? fclose(in_file);

}

/* 進(jìn)程二：寫有名管道*/

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

void main() {

? FILE * out_file;

? int count = 1;

? char buf[80];

? out_file = fopen("mypipe", "w");

? if (out_file == NULL) {

? ? ? printf("Error opening pipe.");

? ? ? exit(1);

? }

? sprintf(buf,"this is test data for the named pipe example\n");

? fwrite(buf, 1, 80, out_file);

? fclose(out_file);

}

2.3.2 消息隊列

　　　　消息隊列用于運(yùn)行于同一臺機(jī)器上的進(jìn)程間通信，它和管道很相似蚕键，事實上锣光，它是一種正逐漸被淘汰的通信方式，我們可以用流管道或者套接口的方式來取代它铝耻，所以誊爹，我們對此方式也不再解釋蹬刷，也建議讀者忽略這種方式。

2.3.3 共享內(nèi)存

　　共享內(nèi)存是運(yùn)行在同一臺機(jī)器上的進(jìn)程間通信最快的方式频丘，因為數(shù)據(jù)不需要在不同的進(jìn)程間復(fù)制办成。通常由一個進(jìn)程創(chuàng)建一塊共享內(nèi)存區(qū)，其余進(jìn)程對這塊內(nèi)存區(qū)進(jìn)行讀寫搂漠。得到共享內(nèi)存有兩種方式：映射/dev/mem設(shè)備和內(nèi)存映像文件迂卢。前一種方式不給系統(tǒng)帶來額外的開銷，但在現(xiàn)實中并不常用桐汤，因為它控制存取的將是實際的物理內(nèi)存而克，在Linux系統(tǒng)下，這只有通過限制Linux系統(tǒng)存取的內(nèi)存才可以做到怔毛，這當(dāng)然不太實際拍摇。常用的方式是通過shmXXX函數(shù)族來實現(xiàn)利用共享內(nèi)存進(jìn)行存儲的。

　　首先要用的函數(shù)是shmget馆截，它獲得一個共享存儲標(biāo)識符充活。

　　#include <sys/types.h>

　　#include <sys/ipc.h>

　　#include <sys/shm.h>

　　int shmget(key_t key, int size, int flag);

　　這個函數(shù)有點類似大家熟悉的malloc函數(shù)，系統(tǒng)按照請求分配size大小的內(nèi)存用作共享內(nèi)存蜡娶。Linux系統(tǒng)內(nèi)核中每個IPC結(jié)構(gòu)都有的一個非負(fù)整數(shù)的標(biāo)識符混卵，這樣對一個消息隊列發(fā)送消息時只要引用標(biāo)識符就可以了。這個標(biāo)識符是內(nèi)核由IPC結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵字得到的窖张，這個關(guān)鍵字幕随，就是上面第一個函數(shù)的 key。數(shù)據(jù)類型key_t是在頭文件sys/types.h中定義的宿接，它是一個長整形的數(shù)據(jù)赘淮。在我們后面的章節(jié)中，還會碰到這個關(guān)鍵字睦霎。

　　當(dāng)共享內(nèi)存創(chuàng)建后梢卸，其余進(jìn)程可以調(diào)用shmat（）將其連接到自身的地址空間中。

　　void *shmat(int shmid, void *addr, int flag);

　　shmid為shmget函數(shù)返回的共享存儲標(biāo)識符副女，addr和flag參數(shù)決定了以什么方式來確定連接的地址蛤高，函數(shù)的返回值即是該進(jìn)程數(shù)據(jù)段所連接的實際地址，進(jìn)程可以對此進(jìn)程進(jìn)行讀寫操作碑幅。

　　使用共享存儲來實現(xiàn)進(jìn)程間通信的注意點是對數(shù)據(jù)存取的同步戴陡，必須確保當(dāng)一個進(jìn)程去讀取數(shù)據(jù)時，它所想要的數(shù)據(jù)已經(jīng)寫好了沟涨。通常恤批，信號量被要來實現(xiàn)對共享存儲數(shù)據(jù)存取的同步，另外裹赴，可以通過使用shmctl函數(shù)設(shè)置共享存儲內(nèi)存的某些標(biāo)志位如SHM_LOCK喜庞、SHM_UNLOCK等來實現(xiàn)诀浪。

　2.3.4 信號量

　　信號量又稱為信號燈，它是用來協(xié)調(diào)不同進(jìn)程間的數(shù)據(jù)對象的赋荆，而最主要的應(yīng)用是前一節(jié)的共享內(nèi)存方式的進(jìn)程間通信笋妥。本質(zhì)上懊昨，信號量是一個計數(shù)器窄潭，它用來記錄對某個資源（如共享內(nèi)存）的存取狀況。一般說來酵颁，為了獲得共享資源嫉你，進(jìn)程需要執(zhí)行下列操作：

　　（1） 測試控制該資源的信號量躏惋。

　∮奈邸（2） 若此信號量的值為正，則允許進(jìn)行使用該資源簿姨。進(jìn)程將進(jìn)號量減1距误。

　　（3） 若此信號量為0扁位，則該資源目前不可用准潭，進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)，直至信號量值大于0域仇，進(jìn)程被喚醒刑然，轉(zhuǎn)入步驟（1）。

　∠疚瘛（4） 當(dāng)進(jìn)程不再使用一個信號量控制的資源時泼掠，信號量值加1。如果此時有進(jìn)程正在睡眠等待此信號量垦细，則喚醒此進(jìn)程择镇。

　　維護(hù)信號量狀態(tài)的是Linux內(nèi)核操作系統(tǒng)而不是用戶進(jìn)程。我們可以從頭文件/usr/src/linux/include　/linux　/sem.h 中看到內(nèi)核用來維護(hù)信號量狀態(tài)的各個結(jié)構(gòu)的定義括改。信號量是一個數(shù)據(jù)集合沐鼠，用戶可以單獨使用這一集合的每個元素。要調(diào)用的第一個函數(shù)是semget叹谁，用以獲得一個信號量ID饲梭。

　　#include <sys/types.h>

　　#include <sys/ipc.h>

　　#include <sys/sem.h>

　　int semget(key_t key, int nsems, int flag);

　　key是前面講過的IPC結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵字，它將來決定是創(chuàng)建新的信號量集合焰檩，還是引用一個現(xiàn)有的信號量集合憔涉。　　　　nsems是該集合中的信號量數(shù)析苫。如果是創(chuàng)建新集合（一般在服務(wù)器中）兜叨，則必須指定nsems穿扳；如果是引用一個現(xiàn)有的信號量集合（一般在客戶機(jī)中）則將nsems指定為0。

　　semctl函數(shù)用來對信號量進(jìn)行操作国旷。

　　int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg);

　　不同的操作是通過cmd參數(shù)來實現(xiàn)的矛物，在頭文件sem.h中定義了7種不同的操作，實際編程時可以參照使用跪但。

semop函數(shù)自動執(zhí)行信號量集合上的操作數(shù)組履羞。

　　int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t nops);

　　semoparray是一個指針，它指向一個信號量操作數(shù)組屡久。nops規(guī)定該數(shù)組中操作的數(shù)量忆首。

　　下面，我們看一個具體的例子被环，它創(chuàng)建一個特定的IPC結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵字和一個信號量糙及，建立此信號量的索引，修改索引指向的信號量的值筛欢，最后我們清除信號量浸锨。在下面的代碼中，函數(shù)ftok生成我們上文所說的唯一的IPC關(guān)鍵字版姑。

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/sem.h>

#include <sys/ipc.h>

void main() {

? key_t unique_key; /* 定義一個IPC關(guān)鍵字*/

? int id;

? struct sembuf lock_it;

? union semun options;

? int i;

? ? unique_key = ftok(".", 'a'); /* 生成關(guān)鍵字柱搜，字符'a'是一個隨機(jī)種子*/

? /* 創(chuàng)建一個新的信號量集合*/

? id = semget(unique_key, 1, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);

? printf("semaphore id=%d\n", id);

? options.val = 1; /*設(shè)置變量值*/

? semctl(id, 0, SETVAL, options); /*設(shè)置索引0的信號量*/

? ? /*打印出信號量的值*/

? i = semctl(id, 0, GETVAL, 0);

? printf("value of semaphore at index 0 is %d\n", i);

? ? /*下面重新設(shè)置信號量*/

? lock_it.sem_num = 0; /*設(shè)置哪個信號量*/

? lock_it.sem_op = -1; /*定義操作*/

? lock_it.sem_flg = IPC_NOWAIT; /*操作方式*/

? if (semop(id, &lock_it, 1) == -1) {

? ? ? printf("can not lock semaphore.\n");

? ? ? exit(1);

? }

? ? i = semctl(id, 0, GETVAL, 0);

? printf("value of semaphore at index 0 is %d\n", i);

? ? /*清除信號量*/

? semctl(id, 0, IPC_RMID, 0);

}

　　2.3.5 套接口

　　套接口（socket）編程是實現(xiàn)Linux系統(tǒng)和其他大多數(shù)操作系統(tǒng)中進(jìn)程間通信的主要方式之一。我們熟知的WWW服務(wù)漠酿、FTP服務(wù)冯凹、TELNET服務(wù)等都是基于套接口編程來實現(xiàn)的。除了在異地的計算機(jī)進(jìn)程間以外炒嘲，套接口同樣適用于本地同一臺計算機(jī)內(nèi)部的進(jìn)程間通信宇姚。關(guān)于套接口的經(jīng)典教材同樣是 Richard Stevens編著的《Unix網(wǎng)絡(luò)編程：聯(lián)網(wǎng)的API和套接字》，清華大學(xué)出版社出版了該書的影印版夫凸。它同樣是Linux程序員的必備書籍之一浑劳。

　　關(guān)于這一部分的內(nèi)容，可以參照本文作者的另一篇文章《設(shè)計自己的網(wǎng)絡(luò)螞蟻》夭拌，那里由常用的幾個套接口函數(shù)的介紹和示例程序魔熏。這一部分或許是Linux進(jìn)程間通信編程中最須關(guān)注和最吸引人的一部分，畢竟鸽扁，Internet 正在我們身邊以不可思議的速度發(fā)展著蒜绽，如果一個程序員在設(shè)計編寫他下一個程序的時候，根本沒有考慮到網(wǎng)絡(luò)桶现，考慮到Internet躲雅，那么，可以說骡和，他的設(shè)計很難成功相赁。

3 Linux的進(jìn)程和Win32的進(jìn)程/線程比較

　　熟悉WIN32編程的人一定知道相寇，WIN32的進(jìn)程管理方式與Linux上有著很大區(qū)別，在UNIX里钮科，只有進(jìn)程的概念唤衫，但在WIN32里卻還有一個"線程"的概念，那么Linux和WIN32在這里究竟有著什么區(qū)別呢绵脯？

　　WIN32里的進(jìn)程/線程是繼承自O(shè)S/2的佳励。在WIN32里，"進(jìn)程"是指一個程序桨嫁，而"線程"是一個"進(jìn)程"里的一個執(zhí)行"線索"植兰。從核心上講份帐，WIN32的多進(jìn)程與Linux并無多大的區(qū)別璃吧，在WIN32里的線程才相當(dāng)于Linux的進(jìn)程，是一個實際正在執(zhí)行的代碼废境。但是畜挨，WIN32里同一個進(jìn)程里各個線程之間是共享數(shù)據(jù)段的。這才是與Linux的進(jìn)程最大的不同噩凹。

　　下面這段程序顯示了WIN32下一個進(jìn)程如何啟動一個線程巴元。

int g;

DWORD WINAPI ChildProcess( LPVOID lpParameter ){

? ? int i;

? ? for ( i = 1; i <1000; i ++) {

? ? ? ? g ++;

? ? ? ? printf( "This is Child Thread: %d\n", g );

? ? }

? ? ExitThread( 0 );

};

void main()

{

? ? int threadID;

? ? int i;

? ? g = 0;

? ? CreateThread( NULL, 0, ChildProcess, NULL, 0, &threadID );

? ? for ( i = 1; i <1000; i ++) {

? ? ? ? g ++;

? ? ? ? printf( "This is Parent Thread: %d\n", g );

? ? }

}

在WIN32下，使用CreateThread函數(shù)創(chuàng)建線程驮宴，與Linux下創(chuàng)建進(jìn)程不同逮刨，WIN32線程不是從創(chuàng)建處開始運(yùn)行的，而是由 CreateThread指定一個函數(shù)堵泽，線程就從那個函數(shù)處開始運(yùn)行修己。此程序同前面的UNIX程序一樣，由兩個線程各打印1000條信息迎罗。 threadID是子線程的線程號睬愤，另外，全局變量g是子線程與父線程共享的纹安，這就是與Linux最大的不同之處尤辱。大家可以看出，WIN32的進(jìn)程/線程要比Linux復(fù)雜厢岂，在Linux要實現(xiàn)類似WIN32的線程并不難光督，只要fork以后，讓子進(jìn)程調(diào)用ThreadProc函數(shù)塔粒，并且為全局變量開設(shè)共享數(shù)據(jù)區(qū)就行了结借，但在WIN32下就無法實現(xiàn)類似fork的功能了。所以現(xiàn)在WIN32下的C語言編譯器所提供的庫函數(shù)雖然已經(jīng)能兼容大多數(shù) Linux/UNIX的庫函數(shù)窗怒，但卻仍無法實現(xiàn)fork映跟。

對于多任務(wù)系統(tǒng)蓄拣，共享數(shù)據(jù)區(qū)是必要的，但也是一個容易引起混亂的問題努隙，在WIN32下球恤，一個程序員很容易忘記線程之間的數(shù)據(jù)是共享的這一情況，一個線程修改過一個變量后荸镊，另一個線程卻又修改了它咽斧，結(jié)果引起程序出問題。但在Linux下躬存，由于變量本來并不共享张惹，而由程序員來顯式地指定要共享的數(shù)據(jù)，使程序變得更清晰與安全岭洲。

至于WIN32的"進(jìn)程"概念宛逗，其含義則是"應(yīng)用程序"，也就是相當(dāng)于UNIX下的exec了盾剩。

Linux也有自己的多線程函數(shù)pthread雷激，它既不同于Linux的進(jìn)程，也不同于WIN32下的進(jìn)程告私，關(guān)于pthread的介紹和如何在Linux環(huán)境下編寫多線程程序我們將在另一篇文章《Linux下的多線程編程》中講述屎暇。