linux进程间通信：IPC对象 概念介绍（扫盲）

什么是IPC对象

IPC:inter-process communication，进程间通信对象；包括如下组件：

• 管道通信 ：FIFO,PIPE,流式数据
• 消息队列：message queue
• 信号量：semaphore
• 共享内存：share memory
  …

IPC分类

System V IPC

当前系统调用版本主要是类unix和linux操作系统之中包含，它是在linux操作系统出现之前发布的标准

• 消息队列：system V message queue
• 信号量：system V semphore
• 共享内存：system V share memory

POSIX IPC

该版本为linux操作系统发布的系统调用接口标准，同时该标准还兼容了system V 的标准

• 消息队列：POSIX message queue
• 信号量：POSIX semphore
• 共享内存：POSIX share memory

IPC对象的基本概念

-支持不同的进程通过ipc对象通信，IPC对象是存储在内核之中，且全局可见。

• 每个IPC对象在内核之中有自己的数据结构，定义在各自头文件
• 如何引用IPC对象
  类似于普通文件是通过文件名（文件描述符）进行读写操作，通过IPC对象：IPC key和 IPC标识符进行IPC对象的读写操作。

IPC标识符

• 类似于文件描述符，可以用一个IPC标示符来引用一个IPC对象
• IPC对象描述符类似于文件描述符，是一个整数，是IPC对象的内部名字
• 当多个进程引用同一个IPC对象时，需要一个统一的外部名
• 类似于文件名，每个IPC对象与一个key相关联

IPC key

IPC key，ipc对象的外部名，是一个独一无二的整数，用来确保ipc对象的唯一性

• 该整数类型为key_t,在sys/types.h中被定义为长整型
• 普通文件是通过open打开一个文件名，获得文件描述符；IPC队形是通过get可根据给定的key 去创建一个IPC对象，并返回IPC标识符

IPC key的创建方法

• 随机选取一个整数作为key值
  所有整数放到一个头文件，使用IPC对象的程序包含这个头文件
  一般随机取整数用在自己电脑上，如果是服务器，多用户并发使用则又可能冲突。
• 在get系统调用中将IPC_PRIVATE常量作为key值
  每个调用都会创建一个全新的IPC对象，保证来每个对象拥有唯一的key
• 使用ftok系统调用生成一个接近唯一的key

IPC对象的引用

使用的基本流程

• 通过get系统调用创建或打开一个IPC对象
  给定一个整数key,get调用会返回一个整数标识，即IPC标识符

• 通过这个标识符来引用IPC对象并进行各种操作

• 通过ctl系统调用获或设置IPC对象的属性、或者删除一个对象

• IPC对象具有的权限定义在ipc.h头文件中

  下表为system V 各个IPC对象之间的差异

  接口	消息队列	信号量	共享内存
  头文件
  关联数据结构	msqid_ds	semid_ds	shmid_ds
  创建/打开对象	msgget()	semget()	shmget()+shmat()
  关闭对象	（无）	（无）	shmdt()
  控制操作	msgctl()	semctl()	shmctl()
  执行IPC	msgsnd()—写入消息	semop()—测试/调整信号量	访问共享区中的内存

POSIX 和 system V 的对比

• 编程接口： POSIX接口更简单，使用类似于文件IO的open,write,unlink等；system V接口则比较复杂，不同等ipc对象实际操作都不一样，msgsnd,msgrcv,shmat,shmdt,semop等
  同时POSIX 接口支持异步通信方式，而system V 的通信只能是以阻塞式消耗CPU资源进行通信
• ipc对象命名：POSIX使用名字来标识IPC对象，system V使用键来管理。
• 移植性：system V拥有更优的移植性，几乎所有的unix/linux系统都支持system V；POSIX仅仅是unix系统中的一个可选组件，有一些unix系统并不支持，同时linux 2.6之后的系统才开始支持POSIX

POSIX 编程注意事项

• 使用POSIX 消息队列和共享内存时，需要实时库librt的链接，编译时需要指定-lrt
• 使用POSIX 信号量时，需要和线程库 libpthread链接起来，编译时需要指定lpthread