进程间通信简介(摘自《Linux网络编程》p85)

  AT&T 在 UNIX System V 中引入了几种新的进程通讯方式,即消息队列( MessageQueues),信号量( semaphores)和共享内存( shared memory),统称为 System V IPC。在Linux 系统编程中,它们有着广泛的应用。
  System V IPC 的一个显著的特点,是它的具体实例在内核中是以对象的形式出现的,我们称之为 IPC 对象。每个 IPC 对象在系统内核中都有一个唯一的标识符。通过标识符内核可以正确的引用指定的 IPC 对象.。需要注意的是,标识符的唯一性只在每一类的 IPC 对象内成立。比如说,一个消息队列和一个信号量的标识符可能是相同的,但绝对不会出现两个有相同标识符的消息队列。

  标识符只在内核中使用, IPC 对象在程序中是通过关键字( key)来访问的。和 IPC 对象标识符一样,关键字也必须是唯一的。而且,要访问同一个 IPC 对象, Server 和 Client必须使用同一个关键字。因此,如何构造新的关键字使之不和已有的关键字冲突,并保证Server 和 Client 使用的关键字是相同的,是建立 IPC 对象时首先要解决的一个问题。(具体在后边的msg通信中详解)

通信方法还有:半双工管道pipe,命名管道fifo,消息队列,信号量,共享内,socket套接字等,下面一一介绍:

①半双工管道:

  int pipe(int filedes[2]);

  管道是将两个进程之间的标准输入输出相互对接的机制

  linux命令中使用的管道 |  : ls -l | grep *.c  //显示文件(输入端)-(|)-(输出端)>找到.c结尾文件

实现:因为半双工缘故,所以只能实现一段输入,一段输出,而不能双向通信。所以:实现为,通过管道连接进程,一端开放读文件描述,一端开放写文件描述

//管道的性质就是,一个进程的输出作为另一个进程的输入
//那么我们可以关闭一个进程读端使之作为输入端,
//另一个进程关闭写端,读取数据,接收数据作为管道输出端//FIFO命名管道
//文件系统中,命名管道是特殊文件的方式存在的
//不同进程可以通过命名管道共享数据//命名管道一直是阻塞方式的,且必须是显示的通过open建立连接到管道的通道
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>#include<sys/types.h>int main()
{int result = 1;int fd[2];pid_t pid;int *write_fd = &fd[1];        //写文件描述int *read_fd = &fd[0];        //读文件描述int nbytes;char str[] = "管道,你好\n";    char readBuffer[80];memset(readBuffer,0,sizeof(readBuffer));result = pipe(fd);        //创建管道if(-1==result){printf("管道创建失败!\n");return -1;}pid = fork();            //进程创建分叉程序if(-1 == pid){printf("fork失败");return -1;}if(0==pid)            //子进程关闭读端,写入字符
    {close(*read_fd);result = write(*write_fd,str,strlen(str));printf("写入%d个数据\n",result);}else                //父进程关闭写端,读取数据
    {close(*write_fd);nbytes = read(*read_fd,readBuffer,sizeof(readBuffer));printf("接收到%d个数据,内容为%s",nbytes,readBuffer);}return 0;
}

②命名管道

  int mkfifo(const char* pathname,mode_t mode);

  类似于普通管道,只是

  a.在文件系统中以设备特殊文件的形式存在

  b.不同进程之间可以通过命名管道共享数据

操作区别于普通管道:FIFO中必须显式通过open建立连接到管道的通道,且总是处于阻塞状态的

③消息队列

  消息队列是内核地址空间的内部链表,通过内核在各个进程之间传递内容。每个消息队列通过唯一IPC标识符标识,不同队列相对独立。

  

//file: msg.h/* message buffer for msgsnd and msgrcv calls */
struct msgbuf {__kernel_long_t mtype;          /* type of message */char mtext[1];                  /* message text */
};/* Obsolete, used only for backwards compatibility and libc5 compiles */
struct msqid_ds {struct ipc_perm msg_perm;struct msg *msg_first;        /* first message on queue,unused  */struct msg *msg_last;        /* last message in queue,unused */__kernel_time_t msg_stime;    /* last msgsnd time */__kernel_time_t msg_rtime;    /* last msgrcv time */__kernel_time_t msg_ctime;    /* last change time */unsigned long  msg_lcbytes;    /* Reuse junk fields for 32 bit */unsigned long  msg_lqbytes;    /* ditto */unsigned short msg_cbytes;    /* current number of bytes on queue */unsigned short msg_qnum;    /* number of messages in queue */unsigned short msg_qbytes;    /* max number of bytes on queue */__kernel_ipc_pid_t msg_lspid;    /* pid of last msgsnd */__kernel_ipc_pid_t msg_lrpid;    /* last receive pid */
};

//filename/* Obsolete, used only for backwards compatibility and libc5 compiles */
struct ipc_perm
{__kernel_key_t    key;  //函数msgget()使用的键值  __kernel_uid_t    uid;  //用户UID__kernel_gid_t    gid;  //用户GID__kernel_uid_t    cuid;  //创建者UID__kernel_gid_t    cgid;  //创建者GID__kernel_mode_t    mode;   //权限unsigned short    seq;  //序列号
};

  内核中的消息队列

注:结构list_head 形成一个链表,结构msg_msg之中的m_list使得消息形成链表,查找,插入时,对m_list域进行偏移找到位置

相关函数:

  键值构建 key_t ftok(const char* pathname,int proj_id);

  获取消息 int msgget(key_t key,int msgflg);

  发送消息 int msgsnd(int msqid, const void * msgp,size_t msgsz,int msgflg);

  接收消息 ssize_t msgrcv(int msqid, void * msgp, size_t msgsz, long msgtype, int msgflg);

  消息控制 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);  //向内核发送cmd命令判断进行何种操作

一个简单例子

④信号量

  信号量是一种计数器,用来控制对多个进程共享的资源所进行的访问。常用作锁机制(生产者消费者模型是个典型使用)

  信号量结构

//filename sys/sem.h/* arg for semctl system calls. */
union semun {int val;            /* value for SETVAL */struct semid_ds *buf;    /* buffer for IPC_STAT & IPC_SET */unsigned short *array;    /* 数组结构 */struct seminfo *__buf;    /* 信号量内部结构 */void *__pad;
};

  相关函数

  新建信号量 int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

  //key 来自于ftok()

  信号量操作函数 int semop(int semid,struct sembuf* sops, unsigned nsops);

  //信号量的P,V操作通过向已经建立好的信号量发送命令完成

  控制信号量参数

  int semctl(int semid, int semnum ,int cmd,.....);

  //用于在信号量集合上执行控制操作

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/sem.h>
#include<sys/types.h>typedef int sem_t;
union semun
{int val;struct semid_ds * buf;unsigned short *array;
}arg;sem_t CreateSem(key_t key, int value)
{union semun sem;sem_t semid;sem.val = value;semid = semget(key,0,IPC_CREAT);if(-1 == semid){printf("create semaphore error\n");return -1;}semctl(semid,0,SETVAL,sem);return semid;
}int Sem_P(sem_t semid)
{
struct sembuf sops = {0,+1,IPC_NOWAIT};
return (semop(semid,&sops,1));
}int Sem_V(sem_t semid)
{struct sembuf sops = {0,-1,IPC_NOWAIT};return (semop(semid,&sops,1));
}void SetvalueSem(sem_t semid , int value)
{union semun sem;sem.val = value;semctl(semid,0,SETVAL,sem);
}int GetvalueSem(sem_t semid)
{union semun sem;return semctl(semid,0,GETVAL,sem);
}void DestroySem(sem_t semid)
{union semun sem;sem.val = 0;semctl(semid,0,IPC_RMID,sem);
}
int main()
{key_t key;int semid;char i;int value = 0;key = ftok("/ipc/sem",'a');semid = CreateSem(key,100);for( i = 0;i <= 3;++i){Sem_P(semid);Sem_V(semid);    }value = GetvalueSem(semid);    DestroySem(semid);    return 0;
}

⑤共享内存(最快捷的方法)没有中间过程,管道等

  在多个进程之间共享内存区域的一种进程间通信方式,在多个进程之间对内存段进行映射的方式实现内存共享。

  相关函数

  创建共享内存函数 int shmget(key_y key, size_t size, int shmflg);

  获得共享内存地址void * shmat(int shmid,const void* shmaddr, int shmflg);

  删除共享内存函数 int shmdt(const void* shmadddr);

  共享内存控制函数 int shmctl(int shmid ,int cmd, struct shmid_ds * buf);

⑥信号

  用于在一个或多个进程之间传递异步信号。

  相关函数

  信号截取 sighandler signal(int signum ,sighandler handler);

  发送信号 int kill(pid_t pid, int sig);

       int raise(int sig);

  

  

  

  

转载于:https://www.cnblogs.com/lang5230/p/5502771.html

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