信号灯集，消息队列

信号灯集

1、概念

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。

通过信号灯集实现共享内存的同步操作。

1. 步骤

在不同的进程间，通过相同的key值，打开相同的信号灯集

1. 创建key值 ftok
2. 创建或打开信号灯集semget
3. 初始化信号灯 semctl
4. PV操作 semop
5. 删除信号灯集 semctl

1. 函数

1)semget 创建\打开信号灯

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 |IPC_EXCL |0666
返回值：成功：信号灯集ID
       失败：-1

2）semctl 信号灯集合的控制（初始化/删除）

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);

3）semop 对信号灯集合中的信号量进行PV操作

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
     opsptr:操作方式
     nops:  要操作的信号灯的个数 1个
返回值：成功 ：0
      失败：-1
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 :  申请资源，P操作                    
    short  sem_flg; // 0（阻塞）,IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
};
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);

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

union semun {
    int val;
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //1.创建key值
    key_t key = ftok(".", 'x');
    if (key < 0)
    {
        perror("ftok err");
        return -1;
    }
    printf("key:%d\n", key);
    //2.创建或打开信号灯集
    int semid = semget(key, 2, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666); //创建
    if (semid <= 0)                                          //创建失败
    {
        if (errno == 17)
            semid = semget(key, 2, 0666); //打开
        else
        {
            perror("semget err");
            return -1;
        }
    }
    else //创建成功-->初始化
    {
        //初始化
        //创建初始化
        union semun sem;
        sem.val = 0;
        semctl(semid, 0, SETVAL, sem); //0号灯初值0
        sem.val = 10;
        semctl(semid, 1, SETVAL, sem); //1号灯初值10
    }
    printf("semid:%d\n", semid);

    printf("%d\n", semctl(semid, 0, GETVAL));
    printf("%d\n", semctl(semid, 1, GETVAL));

    //PV操作
    struct sembuf buf;
    // 操作0号灯
    buf.sem_num = 0; //信号灯得编号
    buf.sem_op = 1;  //释放资源 : +1
    buf.sem_flg = 0;
    //1:操作1个灯
    semop(semid, &buf, 1);
    printf("%d\n", semctl(semid, 0, GETVAL));

    //操作1号灯
    buf.sem_num = 1; //信号灯得编号
    buf.sem_op = -1; //申请资源:-1
    buf.sem_flg = 0; //当信号灯得资源为0时,申请不到资源,阻塞
    //IPC_NOWAIT:到0不阻塞
    //1:操作一个灯
    semop(semid, &buf, 1);
    printf("%d\n", semctl(semid, 1, GETVAL));

    //删除信号灯集
    semctl(semid, 0, IPC_RMID);

    return 0;
}

1. 命令查看灯集

ipcs -s:查看信号灯集

ipcrm -s semid：删除信号灯集

1. 练习

两个进程实现通信，一个进程循环从终端输入，另一个进程循环打印，当输入quit时结束

共享内存+信号灯集+封装函数（自主选择）

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

union semun {
    int val;
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //创建key
    key_t key = ftok(".", 'a');
    if (key < 0)
    {
        perror("ftok err");
        return -1;
    }
    printf("key:%d\n", key);
    //创建或打开共享内存
    int shmid = shmget(key, 256, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
    if (shmid < 0)
    {
        if (errno == 17)
            shmid = shmget(key, 256, 0666);
        else
        {
            perror("shmget err");
            return -1;
        }
    }
    printf("shmid:%d\n", shmid);
    //映射
    char *p = shmat(shmid, NULL, 0);
    if (p == (char *)-1)
    {
        perror("shmat err");
        return -1;
    }
    //创建或打开信号灯集
    int semid = semget(key, 1, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
    if (semid <= 0)
    {
        if (errno == 17)
            semid = semget(key, 1, 0666);
        else
        {
            perror("semget err");
            return -1;
        }
    }
    else
    {
        //初始化
        union semun sem;
        sem.val = 0;
        semctl(semid, 0, SETVAL, sem);
    }
    //写
    struct sembuf s;
    s.sem_num = 0;
    s.sem_op = 1;
    s.sem_flg = 0;
    while (1)
    {
        read(0, p, 256);
        semop(semid, &s, 1);
        if (!strcmp(p, "quit\n"))
            break;
    }
    //取消映射
    shmdt(p);

    return 0;
}

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

union semun {
    int val;
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //创建key
    key_t key = ftok(".", 'a');
    if (key < 0)
    {
        perror("ftok err");
        return -1;
    }
    printf("key:%d\n", key);
    //创建或打开共享内存
    int shmid = shmget(key, 256, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
    if (shmid < 0)
    {
        if (errno == 17)
            shmid = shmget(key, 256, 0666);
        else
        {
            perror("shmget err");
            return -1;
        }
    }
    printf("shmid:%d\n", shmid);
    //映射
    char *p = shmat(shmid, NULL, 0);
    if (p == (char *)-1)
    {
        perror("shmat err");
        return -1;
    }
    //创建或打开信号灯集
    int semid = semget(key, 1, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
    if (semid <= 0)
    {
        if (errno == 17)
            semid = semget(key, 1, 0666);
        else
        {
            perror("semget err");
            return -1;
        }
    }
    else
    {
        //初始化
        union semun sem;
        sem.val = 0;
        semctl(semid, 0, SETVAL, sem);
    }
    //读
    struct sembuf s;
    s.sem_num = 0;
    s.sem_op = -1;
    s.sem_flg = 0;
    while (1)
    {
        semop(semid, &s, 1);
        if (!strcmp(p, "quit\n"))
            break;
        write(1, p, 256);
        //清空
        memset(p, 0, 256);
    }
    //取消映射
    shmdt(p);
    //删除
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
    semctl(semid, 0, IPC_RMID);
    return 0;
}

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(添加)/接收（读取）消息

2.步骤

在不同的进程中，通过相同的key值，拿到相同的消息队列

1. 创建key值 ftok
2. 创建或打开消息队列 msgget
3. 添加消息：按照类型将消息添加到已经打开的消息队列末尾 msgsnd
4. 读取消息：按照类型把消息从消息队列中读走 msgrcv
5. 删除消息队列 msgctl

3.函数

1)msgget创建或打开一个消息队列

#include 
#include 
#include 
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)msgsnd添加消息

#include 
#include 
#include 
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)msgrcv读取消息

#include 
#include 
#include 
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

1. msgctl对消息队列的操作，删除消息队列

#include 
#include 
#include 
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）

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

struct msgbuf
{
    long mtype;
    char name[32];
    int age;
    float score;
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //1、创建key值
    key_t key = ftok(".", 'a');
    if (key < 0)
    {
        perror("ftok err");
        return -1;
    }
    printf("key:%d\n", key);
    //2、创建或打开消息对列
    int msgid = msgget(key, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
    if (msgid <= 0)
    {
        if (errno == EEXIST)
            msgid = msgget(key, 0666);
        else
        {
            perror("msgget err");
            return -1;
        }
    }
    printf("msgid:%d\n", msgid);

    //3、添加消息
    struct msgbuf msg;
    msg.mtype = 1;
    strcpy(msg.name, "daming");
    msg.age = 18;
    msg.score = 99.99;
    msgsnd(msgid, &msg, sizeof(msg) - sizeof(long), 0);

    msg.mtype = 3;
    strcpy(msg.name, "lihua");
    msg.age = 20;
    msg.score = 69.5;
    msgsnd(msgid, &msg, sizeof(msg) - sizeof(long), 0);

    //4、读取消息
    struct msgbuf msg_r;
    //0:可以匹配任意类型的消息,拿取得是消息对列得第一条消息
    msgrcv(msgid, &msg_r, sizeof(msg_r) - sizeof(long),
           0, 0);
    printf("name:%s\n", msg_r.name);
    printf("age:%d\n", msg_r.age);
    printf("score:%.2f\n", msg_r.score);

    msgrcv(msgid, &msg_r, sizeof(msg_r) - sizeof(long),
           3, 0);
    printf("name:%s\n", msg_r.name);
    printf("age:%d\n", msg_r.age);
    printf("score:%.2f\n", msg_r.score);

    //删除消息队列
    msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL);

    return 0;
}

4.命令

ipcs -q ：查看消息队列

ipcrm -q msgid ：删除消息队列