【Linux编程】XSI IPC

三种IPC被称作XSI IPC，分别是：

• 消息队列
• 信号量
• 共享存储器

下面分别介绍三种IPC的用法。

1、消息队列

消息队列是消息的链接表，具有如下函数接口：

• msgget：创建一个新队列或打开一个现存的队列。
• msgsnd：将消息添加到队列尾端。
• msgrcv：从队列中取消息。

我们可以自行定义一个表示消息的结构体，它由类型字段和实际数据组成：

struct mest_t {
    long type;          // 消息类型
    char text[512];     // 消息内容
};

有了消息类型，当我们用msgrcv函数取消息时，就不一定要以先进先出的顺序，而是可以根据消息类型取消息了。下面是一段简单的测试代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
 
struct mest_t {
    long type;
    char text[512];
};
 
int main(void)
{
    pid_t pid;
    int mq_id;
    struct mest_t msg;
 
    /* IPC_PRIVATE用于创建一个新队列
     * 设置了IPC_EXCL并且设置了IPC_CREAT，当文件存在时返回错误
     */
    mq_id = msgget(IPC_PRIVATE, IPC_CREAT | IPC_EXCL);
    if (mq_id == EEXIST)
        return -1;  /* 返回EEXIST表示IPC已存在 */
 
    if ((pid = fork()) < 0)
        return -1;
    else if (pid == 0)
    {
        /* 子进程 */
        msg.type = 123;                     /* 消息类型 */
        strcpy(msg.text, "Hello world!");   /* 消息内容 */
 
        /* 非阻塞方式将消息放入消息队列
         * 队列已满则返回EAGAIN
         */
        while (msgsnd(mq_id, (long *)&msg, 512, IPC_NOWAIT) == EAGAIN)
            sleep(1);
    }
    else
    {
        /* 非阻塞方式从队列中取消息
         * 如果没有指定类型的消息，函数返回-1，errno设置为ENOMSG
         */
        while (msgrcv(mq_id, (long *)&msg, 512, 123, IPC_NOWAIT) == -1)
        {
            if (errno == ENOMSG)
            {
                printf("There is no this type message!\n");
                sleep(1);
            }
        }
 
        printf("%s\n", msg.text);
    }
  
    return 0;
}

当父进程需要取的消息类型和子进程发送的消息类型相同时，运行结果如下：

父进程能够很快接收到子进程发送到消息队列中的消息。但是修改msgrcv的消息类型参数后，运行结果如下：

父进程得不到想要的消息，一直打印错误信息。

2、信号量

信号量是一个计数器，用于多进程对共享数据对象的访问。过程如下：

• 测试控制该资源的信号量。
• 若此信号量的值为正，则进程可以使用该资源。进程将信号量值减1，表示它使用了一个资源单位。
• 若此信号量的值为0，则进程进入休眠状态，直至信号量大于0。进程被唤醒后，它返回至第一步。

当进程不再使用由一个信号量控制的共享资源时，该信号量值增1。如果有进程正在休眠等待此信号量，则唤醒它们。

3、共享存储

共享存储允许多个进程共享一块给定的存储区，是最快的一种IPC。测试代码如下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/shm.h>
 
#define SHM_SIZE 100
#define SHM_MODE (SHM_W | SHM_R |  IPC_CREAT)
 
int main()
{
    int shmid;
    char *shmptr;
    pid_t pid;
 
    /* 获得共享存储标识符 */
    if ((shmid = shmget(IPC_PRIVATE, SHM_SIZE, SHM_MODE)) < 0)
        return -1;
 
    if ((pid = fork()) < 0)
        return -1;
    else if (pid == 0)
    {
        shmptr = shmat(shmid, 0, 0);    /* 参数2为0表示由内核分配共享空间 */
        printf("Child attached shared memory is : %lx\n", (unsigned long)shmptr);
        shmdt(shmptr);                  /* 使进程脱离该共享空间 */
    }
    else
    {
        waitpid(pid, NULL, 0);
 
        shmptr = shmat(shmid, 0, 0);
        printf("Parent attached shared memory is : %lx\n", (unsigned long)shmptr);
        shmdt(shmptr);
 
        shmctl(shmid, IPC_RMID, 0);  /* 删除该共享存储段 */
    }
 
    return 0;
}

运行结果：

从上面的实验结果可以看出，父、子进程共享了同一个存储段。有一点需要注意，shmdt函数只是让进程脱离该共享存储段，但该存储段依然存在并且shmid依然有效，它是与shmat相对应的。而另一个函数shmctl使用IPC_RMID参数时才是真正删除该共享段。

共享存储段和存储映射I/O中的mmap函数非常相似，它们之间的区别是：mmap映射的存储段是与文件相关联的，XSI共享存储段则并无这种关联。

参考：

《unix环境高级编程》 P415-P432.