IO进、线程——进程间通信的IPC对象（共享内存、消息队列和信号灯集）
进程间通信IPC对象
进程间通信（IPC，Inter-Process Communication）是指不同进程之间进行信息交换和数据共享的机制。在多进程编程中，进程间通信是非常重要的，它允许不同的进程之间进行协调和合作，从而实现更复杂的任务。
在Linux/Unix操作系统中，提供了多种IPC对象，其中包括共享内存、消息队列、信号量等。这些IPC对象允许进程之间共享数据、发送消息和进行同步操作。接下来，我们将详细介绍共享内存、消息队列和信号灯集这三种常用的进程间通信IPC对象。
ftok():
ftok 函数用于通过给定的文件名和项目ID生成一个唯一的IPC键值。IPC键值在创建IPC对象时被使用，确保进程能够正确地识别和访问同一个IPC对象。
#include 功能：通过参数给的简单值生成一个复杂值（IPC键值）
返回值：成功返回生成的key，失败返回-1
参数说明：
pathname：文件名 会使用文件的inode节点编号
proj_id：随便一个数值，用于与pathname联合生成IPC键值。
//生成IPC 值
key_t key = ftok(".", 'n');
if(key < 0){
perror("ftok");
return -1;
}
1. 共享内存（Shared Memory）
共享内存是一种IPC对象，允许多个进程共享同一块物理内存区域，从而避免了进程间的数据复制，提高了进程间通信的效率。
直接读写内存（内核的空间），需要映射
1.1 创建/打开共享内存对象
#include 在这里插入代码片
功能：打开一个共享内存对象（如果不存在则会先创建再打开）
返回值：成功返回对象ID号，失败返回-1
参数说明：
key：唯一表示某个对象的关键字，ftok()生成，也可以写IPC_PRIVATE，表示创建新的私有共享内存对象。
size：指定共享内存有多大，以字节为单位
shmflg：打开或创建对象的方式IPC_CREAT：对象不存在则创建
IPC_CREAT | 0666
//生成IPC 值
key_t key = ftok(".", 'n');
if(key < 0){
perror("ftok");
return -1;
}
//创建打开共享内存对象
int shmid = shmget(key, 64, IPC_CREAT | 0666);
//shmid = shmget(IPC_PRIVATE, 128, IPC_CREAT | 0666);
if(shmid < 0){
perror("shmget");
return -1;
}
1.2 映射用户空间
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
功能：把内核空间的地址映射到用户空间来，读写用户空间其实就是读写内核空间
返回值：成功返回映射后的地址，失败返回(void *)-1
参数说明：
shmid：已经打开的对象ID号
shmaddr：映射空间的地址，如果让系统帮忙分配空间就写NULL
shmflg：空间访问方式SHM_RDONLY：只读
0：读写
//映射用户空间
char *shmaddr = (char *)shmat(shmID, NULL, 0);
if(shmaddr == (char *)-1){
perror("shmat");
return -1;
}
1.3 取消映射
int shmdt(const void *shmaddr);
功能：取消已经映射的空间
返回值：成功返回0，失败返回-1
参数说明：
shmaddr：映射后的地址
//取消映射对象
shmdt(shmadder);
1.4 删除对象
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
功能：整体操作共享内存对象（获取属性、设置属性、删除对象…）
返回值：成功返回0，失败返回-1
参数说明：
shmid：共享内存ID号
cmd：整体操作指令IPC_STAT：获取属性
IPC_SET：设置属性
IPC_RMID：标记删除对象，只有最后一个连接的进程也标记了删除，才会真正的删除buf：主要用于获取和设置属性，删除对象写NULL
结构体 struct shmid_ds 包含了共享内存的相关属性信息，包括：
struct ipc_perm shm_perm：用于标识共享内存对象的权限信息。
size_t shm_segsz：共享内存段的大小，以字节为单位。
time_t shm_atime：最后一次附加（映射）共享内存的时间。
time_t shm_dtime：最后一次分离共享内存的时间。
time_t shm_ctime：最后一次更改共享内存的时间。
pid_t shm_cpid：创建共享内存的进程ID号。
pid_t shm_lpid：最后一次附加共享内存的进程ID号。
shmatt_t shm_nattch：当前附加（映射）共享内存的进程数量。struct ipc_perm {
key_t __key; /* Key supplied to shmget(2) /
uid_t uid; / Effective UID of owner /
gid_t gid; / Effective GID of owner /
uid_t cuid; / Effective UID of creator /
gid_t cgid; / Effective GID of creator /
unsigned short mode; / Permissions + SHM_DEST and SHM_LOCKED flags /
unsigned short __seq; / Sequence number */
};
//删除对象
shmctl(shmID, IPC_RMID, NULL);
参考代码
#include 2.消息队列（Message Queue）
消息队列是一种IPC对象，允许多个进程之间通过发送消息进行通信。每个消息都有一个特定的类型，接收进程可以选择接收某个特定类型的消息。
各种类型的消息统统放到对象里面，只需要进程收发在意类型的消息
2.1 创建/打开消息队列
#include 功能：打开消息队列对象，如果不存在则创建后再打开
返回值：成功返回消息队列ID号，失败返回-1
参数说明：
key：可以是IPC_PRIVATE也可以是ftok()返回值
msgflg：打开创建方式 (IPC_CREAT | 0777)
key_t key = ftok(".", 'a');
if(key < 0){
perror("ftok");
return -1;
}
//创建打开消息队列
int msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0666);
if(msgid < 0){
perror("msgget");
return -1;
}
2.2 发送消息
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
功能：往消息队列对象中添加一个类型的消息
返回值：成功返回0，失败返回-1
参数说明：
msqid：已经打开的消息队列ID号
msgp：要发送的消息所在的缓冲区struct msgbuf{
long type; // > 0
char text[N];
}msgsz：表示要发送的消息正文大小，以字节为单位
msgflg：发送选项0：阻塞
IPC_NOWAIT：非阻塞
//发送消息msgsnd
signal(SIGCHLD, sig_handler);
msgbuf.mtype = 100;//指定消息类型
char buf[256];
while(1){
fgets(msgbuf.mtext, 256, stdin);
int msg_snd = msgsnd(msgid, &msgbuf, sizeof(msgbuf.mtext), 0);
if(msg_snd < 0){
perror("msgsnd");
continue;
}
if(strncasecmp(msgbuf.mtext, "quit", 4) == 0){
msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);
kill(pid, SIGKILL);
}
}
2.3 接收消息
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
功能：从消息队列对象中读取一个在意类型的消息
返回值：成功返回收到的消息正文字节数，失败返回-1
参数说明：
msqid：消息队列ID号
msgp：用于存放消息的结构体struct msgbuf{
long type; // > 0
char text[N];
}msgsz：要收的消息正文大小
msgtyp：在意的消息类型
msgflg：接收方式，接收进程只接收该类型的消息0：阻塞
IPC_NOWAIT：非阻塞
//接收消息msgrcv
msgbuf.mtype = 200;
while(1){
int ret = msgrcv(msgid, &msgbuf, sizeof(msgbuf.mtext), msgbuf.mtype, 0);
if(ret < 0){
perror("msgrcv");
continue;
}
printf("msgrcv form B:%s", msgbuf.mtext);
if(strncasecmp(msgbuf.mtext, "quit",4) == 0){
//如果接收到的内容是quit时就删除消息队列对象
msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);
exit(1);
}
}
2.4 删除对象
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
功能：整体控制消息队列（获取、设置属性，删除对象…）
返回值：成功返回0，失败返回-1
参数说明：
msqid：要操作的消息队列ID号
cmd：操作指令IPC_STAT
IPC_SET
IPC_RMIDbuf：用于设置或获取属性，删除对象使用NULL
结构体 struct msqid_ds 包含了消息队列的相关属性信息，包括：
struct msqid_ds {
struct ipc_perm msg_perm：用于标识消息队列对象的权限信息。
time_t msg_stime：最后一次发送消息的时间。
time_t msg_rtime：最后一次接收消息的时间。
time_t msg_ctime：最后一次更改消息队列的时间。
unsigned long __msg_cbytes：消息队列中当前消息正文的总字节数。
msgqnum_t msg_qnum：当前消息队列中的消息数量。
msglen_t msg_qbytes：消息队列的最大容量，以字节为单位。
pid_t msg_lspid：最后一次发送消息的进程ID号。
pid_t msg_lrpid：最后一次接收消息的进程ID号。
…
};
msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);
参考代码
msg_A:
#include msg_B:
#include 3.信号灯集（Semaphore Set）
信号灯集是一种IPC对象，允许多个进程对一组信号灯进行操作。信号灯集主要用于实现进程间的同步和互斥，确保多个进程之间按照特定顺序进行执行。
信号量的集合
3.1 打开/创建信号灯集对象
#include 功能：打开对象，不存在则创建后再打开
返回值：成功返回ID号，失败返回-1
参数说明：
key：ftok()返回值
nsems：信号灯集下面信号灯的种类数
semflg： IPC_CREAT | 0666
//生成IPC值
key_t key = ftok(".", 'a');
if(key < 0){
perror("ftok");
return -1;
}
//创建打开信号量数组对象
int semid = semget(key, 3, IPC_CREAT | 0666);
if(semid < 0){
perror("semget");
return -1;
}
3.2 初始化信号量
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
功能：整体操作（初始化个数、获取属性、删除对象）
返回值：成功返回0，失败返回-1
参数说明：
semid：对象ID号
semnum：信号灯集下某种信号灯的编号，从0开始union semun {
int val; /* Value for SETVAL */
struct semid_ds buf; / Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
unsigned short array; / Array for GETALL, SETALL */
struct seminfo __buf; / Buffer for IPC_INFO
(Linux-specific) */
};cmd：操作指令
SETVAL：初始化值
IPC_SET
IPC_STAT
IPC_RMID：删除对象
//初始化信号量数组中的所有信号量
int init_sem(int semid, int* init_vals){
union semun arg;
//myun arg
arg.array = (unsigned short *)init_vals;
return semctl(semid, 0, SETALL, arg);
}
3.3 PV操作
int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);
功能：PV操作的集合，可以通过参数不同而实现申请释放
返回值：成功返回0，失败返回-1
参数说明：
semid：对象ID号
sops：所有的操作所在的结构体struct sembuf {
unsigned short sem_num; /* 信号灯编号 /
short sem_op; / 信号量操作：-1表示P操作(申请)，1表示V操作(释放) /
short sem_flg; / 操作标志：0表示阻塞，IPC_NOWAIT表示非阻塞 */
};nsops：要操作的信号灯个数
//对信号量数组中的某个信号执行P操作
int sem_P(int semid, int sem_num){
struct sembuf sb;
//mysembuf sb;
sb.sem_num = sem_num;
sb.sem_op = -1;//P操作，申请
//设置SEM_UNDO标志，确保进程结束时会释放信号量
sb.sem_flg = SEM_UNDO;
semop(semid, &sb, 1);
}
//对信号量数组中的某个信号执行V操作
int sem_V(int semid, int sem_num){
struct sembuf sb;
//mysembuf sb;
sb.sem_num = sem_num;
sb.sem_op = 1;//V操作，释放
sb.sem_flg = SEM_UNDO;
return semop(semid, &sb, 1);
}
参考代码：
#include