Linux之进程间通信（二）：共享内存、信号灯集、消息队列
目录
共享内存
特点
步骤
函数接口
系统命令
代码演示
信号灯集
特点
步骤
命令
函数接口
代码演示
消息队列
特点
步骤
操作命令
函数接口
代码演示
提醒：Linux之进程间通信（一）：无名管道、有名管道、信号量
共享内存
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
步骤
1.创建key值
2.创建或打开共享内存
3.映射共享内存到用户空间
4.撤销映射
5.删除共享内存
函数接口
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
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
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)
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
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);系统命令
ipcs -m : 查看共享内存
ipcrm -m shmid: 删除共享内存
代码演示
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, const char *argv[])
{
key_t key;
int shmid;
char *p=NULL;
key=ftok("./app",'b');//创建key值
if(key < 0)//判断key值是否创建成功
{
perror("ftok err\n");
return -1;
}
shmid = shmget(key,64,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);//创建内存空间
if(shmid <= 0)//判断
{
if(errno==EEXIST)//排除已存在的情况，让其继续执行
shmid = shmget(key,64,0666);
else
{
perror("shmget error\n");
return -1;
}
}
printf("shmid:%d key:%#x\n",shmid,key);
p =(char *)shmat(shmid ,NULL,0);//映射
if(p ==(char*)-1)//判断映射是否成功
{
perror("shmat error\n");
return -1;
}
strcpy(p,"hello");
printf("%s\n",p);
shmdt(p);//取消映射
shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);//删除内存
return 0;
} 信号灯集
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。
通过信号灯集实现共享内存的同步操作
步骤
-
创建或打开信号灯集：semget
-
初始化信号灯：semctl
-
PV操作:semop
-
删除信号灯集:semctl
命令
ipcs -s:查看信号灯集
ipcrm -s semid：删除信号灯集
函数接口
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
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);
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);代码演示
#include
#include
#include
#include
#include
#include
union semun
{
int val;//信号灯的值
};
int main(int argc, const char *argv[])
{
key_t key;
int semid;
union semun mysem;
struct sembuf buf;
if((key = ftok(".",'a'))<0)
{
perror("ftok err");
return -1;
}
//创建或打开信号灯集
semid = semget(key,2,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
if(semid<=0)
{
if(errno == EEXIST)
semid = semget(key,2,0666);
else
{
perror("semget error\n");
return -1;
}
}
//信号灯集中灯的初始化
mysem.val=10;
semctl(semid,0,SETVAL,mysem);//编号为0的信号灯的值初始化为10;
mysem.val=0;
semctl(semid,1,SETVAL,mysem);//编号为1的初始化为0;
printf("%d\n",semctl(semid,0,GETVAL));
printf("%d\n",semctl(semid,1,GETVAL));
buf.sem_num = 0;//信号灯的编码
buf.sem_op = -1;//申请资源p操作
buf.sem_flg = 0;//0表示阻塞
semop(semid,&buf,1);//1：表示呀操作的信号灯个数
buf.sem_num = 1;
buf.sem_op = 1;//释放资源v操作
buf.sem_flg = 0;
semop(semid,&buf,1);
printf("%d\n",semctl(semid,0,GETVAL));//获取信号灯的值
printf("%d\n",semctl(semid,1,GETVAL));
semctl(semid,0,IPC_RMID);//删除信号灯集
return 0;
} 消息队列
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
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
操作命令
ipcs -q ：查看消息队列
ipcrm -q msgid ：删除消息队列
函数接口
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
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。
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
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）
消息队列中没有消息时，msgrcv函数阻塞；消息队列类似管道数据读走后消息队列中就没有此数据
代码演示
#include
#include
#include
#include
#include
struct msgbuf
{
long mtype;
char ch;
int num;
};
int main(int argc, const char *argv[])
{
key_t key;
int msgid;
struct msgbuf buf,data;
if((key =ftok(".",'a'))<0)
{
perror("ftok err");
return -1;
}
msgid = msgget(key,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
if(msgid <= 0)
{
if(errno == EEXIST)
msgid = msgget(kyy,0666);
else
{
perror("msgget err");
return -1;
}
}
size_t s = sizeof(buf)-sizeof(long);
buf.mtype = 100;
buf.ch ='a';
buf.num = 123;
//增加消息
msgsnd(msgid,&buf,s,0);
msgrcv(msgid,&data,s,100,0);//读取数据类型为100的数据
printf("%c %d\n",data.ch,data.num);
//消息被读出，阻塞
//msgrcv(msgid,&data,s,100,0);
//printf("%c %d\n",data.ch,data.num);
msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL);
return 0;
}