学习嵌入式第二十九天

ipc进程间通信方式

PC，即进程间通信（Inter-Process Communication），是操作系统中不同进程之间交换数据的一种机制。以下是一些常见的IPC方式：

  1. 管道：用于父子进程或兄弟进程之间的通信。
  2. 消息队列：允许进程发送和接收消息。
  3. 信号：一种简单的通知机制，用于通知进程某个事件已经发生。
  4. 共享内存：允许多个进程访问同一块内存区域。
  5. 套接字：支持进程之间的网络通信。
  6. 信号量：用于控制对共享资源的访问。
  7. 文件映射：将文件或设备映射到内存中，实现进程间的数据共享。
  8. 远程过程调用：允许一个进程调用另一个进程的函数或方法。
  9. 事件：用于进程间同步的一种机制，通常与信号量或互斥锁一起使用

 共享内存

共享内存是一种高效的进程间通信（IPC）机制，它允许两个或多个进程共享一个给定的存储区。以下是共享内存在IPC中实现的基本步骤：

  1. 创建共享内存段：首先，一个进程（通常是父进程）创建一个共享内存段。这通常涉及到调用操作系统的API，如shmget在UNIX系统中。

  2. 附加到共享内存：创建共享内存后，其他进程需要将这个共享内存段附加到自己的地址空间中。这通常通过shmat函数实现，它会返回共享内存的地址。

  3. 读写共享内存：一旦共享内存被附加到进程的地址空间，进程就可以像操作自己的内存一样读写共享内存中的数据。

  4. 同步：由于多个进程可以同时访问共享内存，因此需要某种形式的同步机制来避免竞态条件和数据不一致。这通常通过使用信号量（semaphores）、互斥锁（mutexes）或条件变量来实现。

  5. 内存保护：操作系统通常提供对共享内存的保护机制，以确保进程只能访问它们被授权访问的部分。

  6. 分离共享内存：当进程不再需要访问共享内存时，它会从自己的地址空间中分离共享内存段，这通常通过shmdt函数实现。

  7. 删除共享内存：最后，当所有进程都不再需要共享内存时，创建共享内存的进程或拥有足够权限的进程可以删除共享内存段，释放资源。

//step1 产生key值 
ftok //


#include <sys/types.h>
       #include <sys/ipc.h>

       key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
       功能：
             将pathname 和 proj_id 转换为 key值 
       参数:
        @pathname  //给一个路径名 
        @proj_id   //工程id       eg: 'A'
       返回值
          成功 key值
          失败 -1     

//step2 通过key获取ipc对象 (共享内存)
shmget   //shared memory 


//1、申请对象：shmget()
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/shm.h>
    ps aux|grep a.out
        shared memory get         IPC_CREAT|0666
    int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
    功能：
         使用唯一键值key向内核提出共享内存使用申请
    参数：key   唯一键值
          size  要申请的共享内存大小
          shmflg 申请的共享内存访问权限，八进制表示
          如果是第一个申请，则用IPC_CREAT
          如果要检测是否存在，用IPC_EXCL
    返回值：
            成功 返回共享内存id，一般用shmid表示
            失败  -1；

            share memory attach

//step3 共享内存 绑定 
shmat 

    映射对象：shmat()
    void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
    功能：将指定shmid对应的共享内存映射到本地内存。
    参数：shmid 要映射的本地内存
          shmaddr 本地可用的地址，如果不确定则用NULL，表示
                  由系统自动分配。
          shmflg  
          0         ,  表示读写
          SHM_RDONLY, 只读
    返回值：
           成功 返回映射的地址，一般等于shmaddr
            失败 (void*)-1        

//step4 解除绑定(映射)

    撤销映射：shmdt
    int shmdt(const void *shmaddr);
    功能：将本地内存与共享内存断开映射关系。
    参数：shmaddr 要断开的映射地址。
    返回值：成功  0
            失败  -1；

          

//step4 销毁IPC对象 
        删除对象：shmctl
    int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf); //ctl = control 
    功能：
         修改共享内存属性，也可以删除指定的共享内存对象。
    参数：shmid 要删除的共享内存对象
          cmd 
               IPC_RMID 删除对象的宏
          buff  NULL 表示只删除对象。
    返回值：成功 0
            失败 -1

网络
 

网络是由多个设备通过通信链路相互连接形成的系统，这些设备可以是计算机、服务器、路由器、交换机等。网络的主要功能是实现数据的传输和共享，允许用户访问远程资源、进行通信和协作。

网络可以根据其覆盖范围分为几种类型：

  1. 局域网（LAN）：通常覆盖较小的地理区域，如一个办公室或学校。
  2. 广域网（WAN）：覆盖较大的地理区域，可以跨越城市、国家甚至全球。
  3. 城域网（MAN）：介于LAN和WAN之间，通常覆盖一个城市或地区。
  4. 个人区域网（PAN）：覆盖非常小的区域，通常是个人设备之间的连接，如蓝牙耳机和手机。

简单来说 网络就是实现不同主机间通信的方法。

实现网络通信
1.物理层面 有一个 信息通路  

2.软件层面(逻辑层面) 也需要 一个通路 

osi七层模型 

 实际应用到的是 tcp/ip 模型 

 每个层次中，都有自己的一套规范 --- 协议 

IP地址（Internet Protocol Address）是互联网协议地址，它是分配给网络中每个设备的唯一标识符，用于在互联网上进行通信。IP地址使得数据能够在网络中的不同设备之间传输。

IP地址的组成如下：

  1. 版本：IP地址分为IPv4和IPv6两个版本。IPv4是目前最常用的版本，由32位二进制数组成，通常以点分十进制表示，如192.168.1.1。IPv6是较新的版本，由128位二进制数组成，以冒号分隔的十六进制表示，如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。

  2. 网络部分：IP地址中的网络部分用于标识设备所属的网络。在IPv4中，网络部分的长度可以根据子网掩码来确定。

  3. 主机部分：IP地址中的主机部分用于标识网络中的特定设备。

  4. 子网掩码：子网掩码用于区分IP地址中的网络部分和主机部分。它是一个与IP地址相对应的32位或128位二进制数，其中网络部分为1，主机部分为0。

  5. 广播地址：广播地址用于向同一网络中的所有设备发送数据。

  6. 特殊用途地址：包括回环地址（127.0.0.1，用于设备测试自身网络栈）、私有地址（如192.168.x.x，通常用于局域网内部通信）等。

  7. 公共地址：也称为公网地址，是分配给互联网上可访问的设备的IP地址，它们是唯一的，可以在全球范围内被识别。

  8. 动态IP地址：由DHCP服务器动态分配，每次设备连接到网络时可能会获得不同的IP地址。

  9. 静态IP地址：是手动配置的，通常用于需要固定IP地址的服务器或设备。

 网络编程

UDP（User Datagram Protocol）用户数据报协议，是不可靠的无连接的协议。
在数据发送前，因为不需要进行连接，所以可以进行高效率的数据传输。

* 适用情况：
1. 发送小尺寸数据（如对DNS服务器进行IP地址查询时）
2. 在接收到数据，给出应答较困难的网络中使用UDP。（如：无
线网络）
3. 适合于广播/组播式通信中。
4. MSN/QQ/Skype等即时通讯软件的点对点文本通讯以及音视频通
讯通常采用UDP协议
5. 流媒体、VOD、VoIP、IPTV等网络多媒体服务中通常采用UDP
方式进行实时数据传输

UDP特点：    //广播 
1.不可靠 
2.无连接 
3.数据报  
 

编程模型 
     c/s    client server    客户端，服务器模型     --- 专用客户端 
     b/s    browser server   浏览器，服务器模型     --- 通用的客户端 
     p2p    peer to peer     点对点传输 
     
     

基于UDP c/s通信模型:
//client ---客户端 --- 角色  --- 主动的角色  
socket    //1.一种特殊的文件 --- 专门用于网络通信(不同主机间的进程)
          //2.socket 编程接口  --- socket 函数 
          //提供了一个可以访问 操作系统 网络功能的接口 
          
sendto //发数据 
//server --- 服务器端 --角色 --- 被动的角色  
socket 
recvfrom    //接收数据 

socket 

 int socket(int domain, int type, int protocol);
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);
功能：程序向内核提出创建一个基于内存的套接字描述符    
参数：   
      //domain --域 (范围) ---socket 用于什么范围的通信
      //           ipv4 
     //               ipv6 
      domain  地址族，PF_INET == AF_INET ==>互联网程序
                      PF_UNIX == AF_UNIX ==>单机程序
      type    套接字类型：
                SOCK_STREAM  流式套接字 ===》TCP   
              SOCK_DGRAM   用户数据报套接字===>UDP
              //SOCK_RAW     原始套接字  ===》IP
      protocol 协议 ==》0 表示自动适应应用层协议。

返回值：

        成功 返回申请的套接字文件描述符 
        失败  -1
        
      
    ssize_t sendto(    int sockfd,  //用于通信的socket对应的fd
                  const void *buf,  //表示要发送的数据所在的一块空间 
                       size_t len,  //表示发送的字节数 
                        int flags,  //0  --- 默认  
 const struct sockaddr *dest_addr,  //表示 要发送到的 地址 (网络地址 ip+端口号 ) 
                socklen_t addrlen   //表示dest_addr 这个参数的长度 
                );
      
      返回值:
          成功  发送出去的字节的数 
          失败  -1 
 

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