Linux C语言学习 IO：day6 共享内存，信号灯级，消息队列
【1】复习
进程间通信方式
无名管道：
具有亲缘关系的进程
有固定读端fd[0]和写端fd[1]
pipe(fd)
在内存中的3-4g的内核空间
管道中没有数据，读阻塞
管道中数据满了，写阻塞，
有名管道：
两个不相干的进程
在文件系统中存在管道文件名
mkfifo->open->read/write
O_WRONLY:写阻塞
O_RDONLY：读阻塞
实现cp。
read.c 读源文件
mkfifo
open(fifo)
open(file_src);
while(1){
读源文件
写管道
}
write.c 写目标文件
mkfifo
open(fifo)
open(file_dest)
while(1){
读管道
写文件
}
信号：
在软件层次的中断机制
异步通信方式
处理方式：
忽略信号
捕捉信号
执行缺省操作
kill(pid, sig)
raise(sig);
alarm
pause()
signal(sig, SIG_IGN/SIG_DEL/handler)
【2】共享内存：
1.特点：
1）共享内存是一种最为高效的进程间通信方式，进程可以直接读写内存，
而不需要任何数据的拷贝
2）为了在多个进程间交换信息，内核专门留出了一块内存区，可以由
需要访问的进程将其映射到自己的私有地址空间
3）进程就可以直接读写这一内存区而不需要进行数据的拷贝，从而大大提高的效率。
4）由于多个进程共享一段内存，因此也需要依靠某种同步机制，如互斥锁和信号量等
2.共享内存的使用步骤：
0）创建key值
key_t key = ftok(路径名，一个字符)
//key值打印出来：0x610191c8 01是系统编号
//key("./app",'a')---a->0x61 app->1479112=0x191c8
1）创建或打开共享内存
int shmid = shmget(key, size, IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
2）映射共享内存到用户空间
地址 = shmat(shmid, NULL, 0);
3）撤销映射
shmdt(地址);
4）删除共享内存
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
ipcs
3.相关函数：
1）key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
功能：产生一个独一无二的key值
参数：
Pathname：已经存在的可访问文件的名字
Proj_id：一个字符（因为只用低8位）
返回值：成功：key值
失败：-1
2）int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
功能：创建或打开共享内存
参数：
key 键值
size 共享内存的大小
shmflg IPC_CREAT|IPC_EXCL|0777
返回值：成功 shmid
出错 -1
3）void *shmat(int shmid,const void *shmaddr,int shmflg);
功能：映射共享内存，即把指定的共享内存映射到进程的地址空间用于访问
参数：
shmid 共享内存的id号
shmaddr 一般为NULL，表示由系统自动完成映射
如果不为NULL，那么有用户指定
shmflg：SHM_RDONLY就是对该共享内存只进行读操作
0 可读可写
返回值：成功：完成映射后的地址，
出错：-1的地址
用法：if((p = (char *)shmat(shmid，NULL,0)) == (char *)-1)
4）int shmdt(const void *shmaddr);
功能：取消映射
参数：要取消的地址
返回值：成功0
失败的-1
5）int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf);
功能：(删除共享内存)，对共享内存进行各种操作
参数：
shmid 共享内存的id号
cmd IPC_STAT 获得shmid属性信息，存放在第三参数
IPC_SET 设置shmid属性信息，要设置的属性放在第三参数
IPC_RMID:删除共享内存，此时第三个参数为NULL即可
返回： 成功0
失败-1
用法：shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
查看共享内存的命令：ipcs -m
删除共享内存的命令：ipcrm -m [shmid]
练习：一个程序从终端输入，另一程序打印输出，当输入quit时退出
【3】信号灯集：
1.特点：
信号灯(semaphore)，也叫信号量。它是不同进程间或一个给定进程内部不同线程间同步的机制
System V的信号灯是一个或者多个信号灯的一个集合。其中的每一个都是单独的计数信号灯。而Posix信号灯指的是单个计数信号灯
2.信号灯种类：
posix有名信号灯
posix基于内存的信号灯(无名信号灯)
System V信号灯(IPC对象)
3.创建步骤：
0）创建key值
ftok
1）创建或打开信号灯集
semid = semget(key, num, flag);
2）初始化信号灯
semctl(semid, 编号, SETVAL, union semun);
3）PV操作
semop(semid, struct sembuf, 1);
4）删除信号灯集
semctl(semid, 0, IPC_RMID);
4.相关函数：
1）int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
功能：创建/打开信号灯
参数：key：ftok产生的key值
nsems：信号灯集中包含的信号灯数目
semflg：信号灯集的访问权限，通常为IPC_CREAT |0666
返回值：成功：信号灯集ID
失败：-1
2）int semop ( int semid, struct sembuf *opsptr, size_t nops);
功能：对信号灯集合中的信号量进行PV操作
参数：semid：信号灯集ID
struct sembuf {
short sem_num; // 要操作的信号灯的编号
short sem_op;
// 0 : 等待，直到信号灯的值变成0
// 1 : 释放资源，V操作
// -1 : 分配资源，P操作
short sem_flg;
// 0（阻塞）,IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
};
nops: 要操作的信号灯的个数 1个
返回值：成功 ：0
失败：-1
用法：
申请资源 P操作：
mysembuf.sem_num = 0;
mysembuf.sem_op = -1;
mysembuf.sem_flg = 0;
semop(semid, &mysembuf, 1);
释放资源 V操作：
mysembuf.sem_num = 0;
mysembuf.sem_op = 1;
mysembuf.sem_flg = 0;
semop(semid, &mysembuf, 1);
3）int semctl ( int semid, int semnum, int cmd…/*union semun arg*/);
功能：信号灯集合的控制（初始化/删除）
参数：semid：信号灯集ID
semnum: 要操作的集合中的信号灯编号
cmd：
GETVAL：获取信号灯的值，返回值是获得值
SETVAL：设置信号灯的值，需要用到第四个参数：共用体
IPC_RMID：从系统中删除信号灯集合
返回值：成功 0
失败 -1
用法：
初始化：
union semun{
int val;
}mysemun;
mysemun.val = 10;
semctl(semid, 0, SETVAL, mysemun);
获取信号灯值：函数semctl(semid, 0, GETVAL)的返回值
删除信号灯集：semctl(semid, 0, IPC_RMID);
查看信号灯集的命令：ipcs -s
删除信号灯集的命令：ipcrm -s [semid]
练习：一个程序从终端输入，另一程序打印输出，当输入quit时退出
添加信号灯集
read.c
ftok
shmget
shmat
semget(key, 1, );
semctl();初始化,编号为0，初值为0
while(1)
{
fgets();
semop();//释放资源，V操作，信号量的值+1；
}
write.c
ftok
shmget
shmat
semget(key, 1, );
semctl();初始化,编号为0，初值为0
while(1)
{
semop();//申请资源，p操作，信号量的值-1
printf();
}
semctl();
shmctl();
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【4】消息队列
1.特点：
消息队列是IPC对象的一种
消息队列由消息队列ID来唯一标识
消息队列就是一个消息的列表。用户可以在消息队列中添加消息、读取消息等。
消息队列可以按照类型来发送/接收消息
2.步骤：
1）产生key值ftok
2）创建或打开消息队列
3）添加消息：按照类型把消息添加到已打开的消息队列末尾
4）读取消息：可以按照类型把消息从消息队列中取走
5）删除消息队列
3.相关函数：
1）int msgget(key_t key, int flag);
功能：创建或打开一个消息队列
参数： key值
flag：创建消息队列的权限IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666
返回值：成功：msgid
失败：-1
2）int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t size, int flag);
功能：添加消息
参数：msqid：消息队列的ID
msgp：指向消息的指针。常用消息结构msgbuf如下：
struct msgbuf{
long mtype; //消息类型
char mtext[N]}； //消息正文
size：发送的消息正文的字节数
flag：IPC_NOWAIT消息没有发送完成函数也会立即返回 0：直到发送完成函数才返回
返回值：成功：0
失败：-1
使用：msgsnd(msgid, &msg,sizeof(msg)-sizeof(long), 0)
注意：消息结构除了第一个成员必须为long类型外，其他成员可以根据应用的需求自行定义。
3）int msgrcv(int msgid, void* msgp, size_t size, long msgtype, int flag);
功能：读取消息
参数：msgid：消息队列的ID
msgp：存放读取消息的空间
size：接受的消息正文的字节数
msgtype：
0：接收消息队列中第一个消息。
大于0：接收消息队列中第一个类型为msgtyp的消息.
小于0：接收消息队列中类型值不小于msgtyp的绝对值且类型值又最小的消息。
flag：0：若无消息函数会一直阻塞
IPC_NOWAIT：若没有消息，进程会立即返回ENOMSG
返回值：成功：接收到的消息的长度
失败：-1
4）int msgctl ( int msgqid, int cmd, struct msqid_ds *buf );
功能：对消息队列的操作，删除消息队列
参数：msqid：消息队列的队列ID
cmd：
IPC_STAT：读取消息队列的属性，并将其保存在buf指向的缓冲区中。
IPC_SET：设置消息队列的属性。这个值取自buf参数。
IPC_RMID：从系统中删除消息队列。
buf：消息队列缓冲区
返回值：成功：0
失败：-1
用法：msgctl（msgid, IPC_RMID, NULL）
【5】比较：
pipe: 具有亲缘关系的进程间，单工，数据在内存中
fifo: 可用于任意进程间，双工，有文件名，数据在内存
signal: 唯一的异步通信方式
msg：常用于cs模式中， 按消息类型访问 ，可有优先级
shm：效率最高(直接访问内存) ，需要同步、互斥机制
sem：配合共享内存使用，用以实现同步和互斥