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进程间通信
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在这之前先介绍一下过滤程序和协同进程

- 过滤程序：从标准输入和标准输出中读写数据
- 协同进程：当两个过滤进程互为数据输入、输出时，则两者为协同进程

管道
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管道要求使用的进程之间具有拥有同一祖先，一般是半双工的。管道有两套 API 用于访问

.. code-block:: c

   int pipe(int fd[2]);
   int pipe2(int pipefd[2], int flags);

fd 为输入参数

当 flags == 0 时，pipe2 和 pipe 相同，flags 的取值为：

+-----------------------------+----------------------------------------------------+
| 值                          | 含义                                               |
+=============================+====================================================+
| O_CLOEXEC                   | 在 pipefd 中的两个文件描述符上设置 FD_CLOEXEC 标志 |
+-----------------------------+----------------------------------------------------+
| O_DIRECT 创建的文件描述符以 | packet 模式形成                                    |
+-----------------------------+----------------------------------------------------+
| O_NONBLOCK                  | 在文件描述符上追加 O_NONBLOCK 标志                 |
+-----------------------------+----------------------------------------------------+

成功时返回 0，失败时返回 -1

经过 pipe 后，fd 包含两个文件描述符，第一个用于读，第二个用于写。在经由 fork 后，fd 被复制到子进程中，然后双方关闭不需要的一个文件描述符就可以用于通信。

另外：

- 如果写一个读端关闭的管道，则产生信号 SIGPIPE。如果忽略此信号，则 write 返回 -1，errno 设为 EPIPE
- 写管道时，要求写入的字节数小于 PIPE_BUF。这样的一个操作为原子操作

例如子进程向父进程发送消息：

.. code-block:: c

   #include <fcntl.h>
   #include <pthread.h>
   #include <stdio.h>
   #include <unistd.h>

   int main(int argc, char* argv[]) {
       int fd[2];
       pipe(fd);
       if(fork() != 0) {
           // 子进程
           close(fd[0]);
           FILE* w = fdopen(fd[1], "w");
           fputs("hello, world", w);
           fclose(w);
           close(fd[1]);
           return 0;
       }
       close(fd[1]);
       FILE* r = fdopen(fd[0], "r");
       char  buf[255];
       while(fgets(buf, 255, r) != NULL) { puts(buf); }
       fclose(r);
       close(fd[0]);
       return 0;
   }

由于需要调用 fdopen 将文件描述符转为 FILE 指针，因此略显繁琐。另外子进程别忘了退出。

另一种 API 则会自动创建进程并连接到一个端口：

.. code-block:: c

   FILE* popen(const char* cmdstring, const char* type);
   int pclose(FILE* fp);

type 的值为 r/w，意为此进程可读/写

popen 首先 fork 一个子进程，然后根据 type 关闭对应的管道，然后调用 exec 执行 cmdstring。执行 cmdstring 的过程相当于 *sh -c cmdstring* 。因此不要将 cmdstring 暴露给用户以防止被提权

例如开子线程获取 cpu 信息：

.. code-block:: c

   #include <fcntl.h>
   #include <pthread.h>
   #include <stdio.h>

   int main(int argc, char* argv[]) {
       FILE* rd = popen("cat /proc/cpuinfo", "r");
       if(!rd) {
           fputs("error", stderr);
           return -1;
       }
       char buf[255];
       while(fgets(buf, 255, rd) != NULL) {
           fputs(buf, stdout);
           fflush(stdout);
       }
       pclose(rd);
       return 0;
   }

.. note::

   在 cmdstring 中是允许包含通道符的

eventfd
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当 pipe 只是简单地作为一种信号机制时，eventfd 提供了性能更好，使用更方便的机制。eventfd 底层使用了一个计数器。在计数器等于零时读或者超过 uint64_t 的最大值时写会导致阻塞

无论是读还是写，eventfd 可以操纵的数据类型只有 uint64_t，其余数据类型是不可用的。对 eventfd 的连续写会导致计数器累加，而当EFD_SEMAPHORE 标志没有设置时，每次读会导致将计数器中的计数全部读出，否者每次读减一。

例如：

.. code-block:: cpp

   #include <sys/eventfd.h>
   #include <iostream>
   #include <thread>

   int main(int argc, char* argv[]) {
       int      efd = eventfd(0, 0);
       uint64_t a   = 1;
       // write(efd, &a, sizeof(int));
       if(!fork()) {
           sleep(2);
           for(; a < 100; ++a)
               ;
           write(efd, &a, sizeof(uint64_t));
       } else {
           ssize_t ret = read(efd, &a, sizeof(uint64_t));
           if(ret != sizeof(uint64_t)) fprintf(stderr, "errno: %d, ret: %l", errno, ret);
           std::cout << a;
       }
       return 0;
   }

eventfd 提供了三个标志：

+---------------+---------------------+
| 标志          | 作用                |
+===============+=====================+
| EFD_CLOEXEC   | fork 时子进程不继承 |
+---------------+---------------------+
| EFD_NONBLOCK  | 非阻塞              |
+---------------+---------------------+
| EFD_SEMAPHORE | 更改读操作的行为    |
+---------------+---------------------+

另外，由于写操作只会在超过最大值时阻塞（基本上不可能），因此在与 epoll 配合时只需要监控可读事件。

netlink
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Netlink是linux提供的用于内核和用户态进程之间的通信方式。