第15章 进程间通行 15.6 XSI IPC 15.7 消息队列
15.6 XSI IPC
（1）3种称作XSI IPC的IPC是：
1）消息队列
2）信号量
3）共享存储器
（2）标识符和键
1）标识符：是一个非负整数，用于引用IPC结构。是IPC对象的内部名。
2）键：IPC对象的外部名。可使多个合作进程能够在同一IPC对象上汇聚。
（3）IPC_PRIVATE键：
用于创建一个新的IPC结构。不能指定此键来引用一个现有的IPC结构。
（4）ftok函数：
由一个路径名和项目ID产生一个键。
（5）ipc_perm结构体
规定了ipc结构的权限和所有者。
（6）结构限制：
XSI IPC结构都有内置限制，可通过重新配置内核来改变。
1）sysctl命令：观察、修改内核配置参数。
2）ipcs -l：显示ipc相关限制。
（7）IPC结构和管道、FIFO的区别：
IPC结构在系统范围内起作用，且没有引用计数。
（8）IPC结构在文件系统中没有名字；IPC不使用文件描述符。
15.7 消息队列
（1）新的应用程序中不要使用消息队列。它们有缺点。（15.6.4）
（2）客户进程和服务器进程之间的双向数据流，可以使用消息队列或全双工管道。
15.8 信号量
（1）多个进程间共享一个资源，可以使用信号量、记录锁和互斥量中的一种来协调。
（2）共享存储中的互斥量速度最快，但作者依然喜欢使用记录锁的两个原因：
1）<459>
2）<459>
15.9 共享存储
（1）共享存储的作用：
允许两个或多个进程共享一个给定的存储区。
它是最快的一种IPC，因为数据不需要在客户进程和服务器进程之间复制。
（2）使用共享存储时要掌握的唯一诀窍：
同步：写完再读取。（信号量、记录锁和互斥量）
（3）
shmget函数：获得一个共享存储标识符。
shmctl函数：对共享存储段执行多种操作。
shmat函数：将共享存储段连接到进程的地址空间。
shmde函数：使调用进程分离共享存储段。
（4）实例：打印特定系统中存放各种类型的数据的位置信息。
#include "apue.h"
#include <sys/shm.h>
#define ARRAY_SIZE 40000
#define MALLOC_SIZE 100000
#define SHM_SIZE 100000
#define SHM_MODE 0600 /* user read/write */
char array[ARRAY_SIZE]; /* uninitialized data = bss */
int
main(void)
{
int shmid;
char *ptr, *shmptr;
printf("array[] from %p to %p\n", (void *)&array[0],
(void *)&array[ARRAY_SIZE]);//bss
printf("stack around %p\n", (void *)&shmid);
if ((ptr = malloc(MALLOC_SIZE)) == NULL)//堆
err_sys("malloc error");
printf("malloced from %p to %p\n", (void *)ptr,
(void *)ptr+MALLOC_SIZE);
if ((shmid = shmget(IPC_PRIVATE, SHM_SIZE, SHM_MODE)) < 0)
err_sys("shmget error");
if ((shmptr = shmat(shmid, 0, 0)) == (void *)-1)
err_sys("shmat error");
printf("shared memory attached from %p to %p\n", (void *)shmptr,
(void *)shmptr+SHM_SIZE);
if (shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) < 0)
err_sys("shmctl error");
exit(0);
}
（5）C程序的存储空间布局<163>
1）正文段：CPU执行的机器指令部分
2）初始化数据段：（数据段），包含了程序中需明确地赋初值的变量。
3）未初始化数据段：（bss段），程序开始执行之前，内核将此段中的数据初始化为0或空指针。（未初始化的全局变量）
4）栈：保存自动变量以及每次函数调用时所需保存的信息。
5）堆：进行动态存储分配。
（6）实例：相关的进程的其它实现共享存储的技术。
1）/dev/zero的存储映射 2）线程
#include "apue.h"
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#define NLOOPS 1000
#define SIZE sizeof(long) /* size of shared memory area */
static int
update(long *ptr)
{
return((*ptr)++); /* return value before increment */
}
int
main(void)
{
int fd, i, counter;
pid_t pid;
void *area;
if ((fd = open("/dev/zero", O_RDWR)) < 0)
err_sys("open error");
if ((area = mmap(0, SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,
fd, 0)) == MAP_FAILED)
err_sys("mmap error");
close(fd); /* can close /dev/zero now that it's mapped */
TELL_WAIT();
if ((pid = fork()) < 0) {
err_sys("fork error");
} else if (pid > 0) { /* parent */
for (i = 0; i < NLOOPS; i += 2) {
if ((counter = update((long *)area)) != i)
err_quit("parent: expected %d, got %d", i, counter);
TELL_CHILD(pid);
WAIT_CHILD();
}
} else { /* child */
for (i = 1; i < NLOOPS + 1; i += 2) {
WAIT_PARENT();
if ((counter = update((long *)area)) != i)
err_quit("child: expected %d, got %d", i, counter);
TELL_PARENT(getppid());
}
}
exit(0);
}
1）open以读写方式打开/dev/zero设备
2）调用mmap函数映射存储区fd----->void *。（优点：调用此函数创建映射之前，无需存在一个实际的文件）
3）close关闭fd
4）父子进程使用TELL_CHILD(),TELL_PARENT(),WAIT_CHILD(),WAIT_PARENT()同步（这些函数通过SIGUSR1和SIGUSR2信号进行同步）。
#include "apue.h"
static volatile sig_atomic_t sigflag; /* set nonzero by sig handler */
static sigset_t newmask, oldmask, zeromask;
static void
sig_usr(int signo) /* one signal handler for SIGUSR1 and SIGUSR2 */
{
sigflag = 1;
}
void
TELL_WAIT(void)
{
if (signal(SIGUSR1, sig_usr) == SIG_ERR)
err_sys("signal(SIGUSR1) error");
if (signal(SIGUSR2, sig_usr) == SIG_ERR)
err_sys("signal(SIGUSR2) error");
sigemptyset(&zeromask);
sigemptyset(&newmask);
sigaddset(&newmask, SIGUSR1);
sigaddset(&newmask, SIGUSR2);
/* Block SIGUSR1 and SIGUSR2, and save current signal mask */
if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask) < 0)
err_sys("SIG_BLOCK error");
}
void
TELL_PARENT(pid_t pid)
{
kill(pid, SIGUSR2); /* tell parent we're done */
}
void
WAIT_PARENT(void)
{
while (sigflag == 0)
sigsuspend(&zeromask); /* and wait for parent */
sigflag = 0;
/* Reset signal mask to original value */
if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL) < 0)
err_sys("SIG_SETMASK error");
}
void
TELL_CHILD(pid_t pid)
{
kill(pid, SIGUSR1); /* tell child we're done */
}
void
WAIT_CHILD(void)
{
while (sigflag == 0)
sigsuspend(&zeromask); /* and wait for child */
sigflag = 0;
/* Reset signal mask to original value */
if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL) < 0)
err_sys("SIG_SETMASK error");
}
1）
int sigsuspend(const sigset_t *mask);
临时改变信号掩码并挂起，直到某信号到达。
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
此处用于改回信号掩码。
kill函数：发送信号给进程。
（7）实例：匿名存储映射。
匿名：不通过一个文件描述符与一个路径名相结合，并且创建了一个可与后代进程共享的存储区。
（8）在两个无关进程之间使用共享存储段的方法：
1）XSI共享存储函数。
2）mmap将同一文件映射至它们的地址空间。
15.10 POSIX信号量
（1）POSIX信号量接口意在解决XSI信号量接口的几个缺陷。
（2）两种形式：
1）未命名信号量：只存在于内存中，并要求能使用信号量的进程必须可以访问内存。（同一进程的线程或已映射内存）
2）命名信号量：可以通过名字访问，可以被任何已知它们名字的进程中的线程使用。
（3）POSIX信号量的Linux实现将文件映射到了进程地址空间，并且没有使用系统调用来操作各自的信号量。
（性能明显好于XSI信号量）
15.12 小结
（1）建议：使用管道和FIFO;考虑全双工管道和记录锁以避免消息队列和信号量的使用。