进程间通信（2）--消息队列/内存共享/信号量
最近这两次博客总是讲到一个概念：进程间通信。而且两次总结的内容都不一样，让人有点蒙圈了，哈哈。那我们就将进程间通信的一些相关知识总结一下，然后开始我们今天的知识总结。
1.进程间通信，实际上就是几个进程之间进行数据传输（比如进行读写操作、单向传输数据、双向传输数据等等操作，达到一个信息交流的作用。就好比我们人与人之间交流一样，可以有很多方式：面对面聊天、微信、QQ等等）。
2.进程通信的目的：数据传输、资源共享、通知事件、进程控制。
3.进程分类：（如下图）
通过上面知识点的补充，大家一定对“进程间通信”这个概念有了一个整体的了解，接下来我们就来总结一下IPC的三种形式，其中，主要总结消息队列。
一、消息队列
1.消息队列：有类型的数据块
（前面我们说到了管道，不管是匿名管道还是命名管道，它们只能进行单向的数据传输，结合现实生活，我们不难想到，两个 人聊天，也不可能一个人说，另外一个人听。进程间通信也是如此，所以就有了消息队列，它是由操作系统提供的队列）
下面是消息队列的一个简单的原理图
2.消息队列函数
（1）msgget函数
功能：创建和访问一个消息队列
原型：int msgget(key_t key, int msgflg);
参数：key--某个消息队列的名字； msgflg--由九个权限标志构成，它们的使用和创建文件时使用mode模式一样。
返回值：成功返回一个非负整数，即该消息队列的标识码；失败返回-1
（2）msgctl函数
功能：消息队列的控制函数
原型：int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
参数：msqid:由msgget函数返回的消息队列标识码； cmd:将要采取的动作（有三个可取值），如下图
返回值：成功返回0，失败返回-1
（3）msgsnd函数
功能：把一条消息添加到消息队列中
原型：int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
参数：msgp:一个指针，指针指向准备发送的消息； msgsz:是msgp指向的消息长度（该长度不包含保存消息类型的长整型）
msgflg=IPC_NOWAIT表示队列不等待，返回EAGAIN错误。
返回值：成功返回0，失败返回-1
（4）msgrcv函数
功能：从一个消息队列接收消息
原型：ssize_t msgrcv(int msqid, void * msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
参数：msgtyp:它可以实现接收优先级的简单形式
返回值：成功返回实际放到接收缓存区的字符个数，失败返回-1
（5）几点说明：
1）msgtype=0,返回队列第一条信息
2）msgtype>0,返回队列第一条类型等于msgtype的消息
3）msgtype<0,返回队列第一条类型小于等于msgtype绝对值的消息，并且满足条件的消息类型最小的消息
4）msgflg=IPC_NOWAIT,队列没有可读消息不等待，返回ENOMSG
5）msgflg=MSG_NOERROR,消息大小超过msgsz时被截断
6）msgtype>0且msgflg=MSG_EXCEPT,接收类型不等于msgtype的第一条消息
3.代码实例
代码测试结构
# ls
client.c comm.c comm.h Makefile server.c
# cat Makefile
.PHONY:;all
all:client server
client:client.c comm.c
gcc -o $@ $^
server:server.c comm.c
gcc -o $@ $^
.PHONY:clean
clean:
rm -f client servercomm.h
#ifdef _COMM_H__
#define _COMM_H__
#include
#include
#include
#include
#include
#define PATHNAME "."
#define PROJ_ID 0x6666
#define SERVER_TYPE 1
#define CLIENT_TYPE 2
struct msgbuf{
long mtype;
char mtext[1024];
};
int createMsgQueue();
int getMsgQueue();
int destroyMsgQueue(int msgid);
int sendMsg(int msgid, int who, char *msg);
int recvMsg(int msgid, int recvType, char out[]);
#endif comm.c
#include"comm.h"
static int commMsgQueue(int flags)
{
key_t _key = ftok(PATHNAME, PROJ_ID);
if (_key < 0)
{
perror("ftok");
return -1;
}
int msgid = msgget(_key, IPC_CREAT | IPC_EXCL);
if (msgid < 0)
{
perror("msgget");
}
return msgid;
int createMsgQueue()
{
return commMsgQueue(IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
}
int getMsgQueue()
{
return commMsgQueue(IPC_CREAT);
}
int destroyMsgQueue(int msgid)
{
if (msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL) < 0)
{
perror("msgctl");
return -1;
}
return 0;
}
int sendMsg(int msgid, int who, char *msg)
{
struct msgbuf buf;
buf.mtype = who;
strcpy(buf.mtext, msg);
if (msgsnd(msgid, (void*)&buf, sizeof(buf.mtext), 0) < 0)
{
perror("msgnsnd");
return -1;
}
return 0;
}
int recvMsg(int msgid, int recvType, char out[])
{
struct msgbuf buf;
if (msgrcv(msgid, (void*)&buf, sizeof(buf.mtext), recvType, 0) < 0)
{
perror("msgrcv");
return -1;
}
strcpy(out, buf.mtext);
return 0;
}
}server.c
#include"comm.h"
int main()
{
int msgid = createMsgQueue();
char buf[1024];
while (1)
{
buf[0] = 0;
recvMsg(msgid, CLIENT_TYPE, buf);
printf("client# %s\n", buf);
printf("Please Enter# ");
fflush(stdout);
ssize_t s = read(0, buf, sizeof(buf));
if (s > 0)
{
buf[s - 1] = 0;
sendMsg(msgid, SERVER_TYPE, buf);
printf("send done,wait recv...\n");
}
}
destroyMsgQueue(msgid);
return 0;
}client.c
#include"comm.h"
int main()
{
int msgid = getMsgQueue();
char buf[1024];
while (1)
{
buf[0] = 0;
printf("Plese Enter# ");
fflush(stdout);
ssize_t s = read(0, buf, sizeof(buf));
if (s > 0)
{
buf[s - 1] = 0;
sendMsg(msgid, CLIENT_TYPE, buf);
printf("send done,wait recv...\n");
}
recvMsg(msgid, SERVER_TYYPE, buf);
printf("server# %s\n", buf);
}
return 0;
}4.ipcs&ipcrm命令
由于消息队列和管道的生命周期不同，消息队列的生命周期随内核，所以我们需要手动进行其删除操作，这里我们介绍两个很重要的命令。
（1）ipcs:显示ipc的资源
（2）ipcrm:手动删除ipc资源
二、共享内存
1.共享内存是最快的IPC形式（因为两个进程互相通信时，共享内存没有两次数据的拷贝），一旦这样的内存映射到共享它的进程的地址空间，这些进程间数据传递不在涉及到内核（即就是：进程不在通过执行进入内核的系统调用来传递彼此的数据）
说明：共享内存的生命周期也是随内核，因此需要用命令、接口来删除
2.共享内存的示意图（以两个进程为例）
说明：共享内存如果没有数据，不会被卡住，并且共享内存没有同步和互斥机制。
3.共享内存函数
共享内存也有四个函数，如下：
//shmget函数--创建共享内存
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
//shmat函数--将共享内存连接到进程的地址空间
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
//shmdt函数--将共享内存段与当前进程脱离
int shmdt(const void *shmaddr);
//shmctl函数--控制共享内存
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);三、信号量
1.信号量主要用于同步和互斥机制的。上一片博客我们已经提到了同步和互斥的概念，下面我们再整体的说一遍。
（1）进程互斥：由于各个进程间要求资源共享，而有些资源需要互斥使用，因此各进程间竞争使用这些资源称为进程的互斥。
（其中，系统中某些资源一次只允许一个资源使用，这样的资源称为临界资源或者互斥资源）
举例如图：
（2）进程同步：指所有进程之间相互配合共同完成一项任务。
2.信号量和P、V原语
（1）互斥：P、V在同一个进程中
同步：P、V在不同的进程中
（2）信号量值含义
S>0：S表示可用资源的个数
S=0：表示无可用资源，无进程等待
S<0：|S|表示等待队列中进程的个数
3.信号量函数
//semget函数--创建和访问一个信号量集
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
//semctl函数--控制信号量集
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
//semop函数--创建和访问一个信号量集
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);