共享内存 信号灯集 消息队列

【1】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,int)//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shm_rdonly
      0 可读可写
      返回值：成功：完成映射后的地址，
      出错：-1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]	 `

【2】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|IPC_EXCL|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 : 申请资源，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：

      1. 申请资源 P操作：
         mysembuf.sem_num = 0;
mysembuf.sem_op = -1;
mysembuf.sem_flg = 0;
semop(semid, &mysembuf, 1);
      2. 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(资源量)，
      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：

      1. 初始化：
         union semun{
int val;
}mysemun;
mysemun.val = 10;
semctl(semid, 0, SETVAL, mysemun);
      2. 获取信号灯值：函数semctl(semid, 0, GETVAL)的返回值
      3. 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]

【3】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E NO MSG
      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）

• 补充：线程池
  创建线程时，需要分配一个PCB，但是不用分配地址空间。
  创建进程不仅需要分配一个PCB，还需要分配一个地址空间，还得占用cpu资源。
  一下创建多个线程放在一个池子中，让所有的线程阻塞，不占用cpu资源，什么时候
  需要用的时候再进行唤醒使用。用完后又让他阻塞，减少频繁创建进程申请资源和
  释放资源–》eg：一个网页打开，就会有很多的请求，有了请求我们创建一个线程使用。
  PCB：进程控制块