前言:
Linux下的进程通信(IPC)
1.POSIX无名信号量
2.System V信号量
3.System V消息队列
4.System V共享内存
1：POSIX无名信号量
如果你学习过操作系统,那么肯定熟悉PV操作了.PV操作是原子操作.也就是操作是不可以中断的,在一定的时间内,只能够有一个进程的代码在CPU上面执行.在系统当中,有时候为了顺利的使用和保护共享资源,大家提出了信号的概念. 假设我们要使用一台打印机,如果在同一时刻有两个进程在向打印机输出,那么最终的结果会是什么呢.为了处理这种情况,POSIX标准提出了有名信号量和无名信号量的概念,由于Linux只实现了无名信号量,我们在这里就只是介绍无名信号量了. 信号量的使用主要是用来保护共享资源,使的资源在一个时刻只有一个进程所拥有.为此我们可以使用一个信号灯.当信号灯的值为某个值的时候,就表明此时资源不可以使用.否则就表>示可以使用. 为了提供效率,系统提供了下面几个函数
POSIX的无名信号量的函数有以下几个:
| #include int sem_init(sem_t *sem,int pshared,unsigned int value); int sem_destroy(sem_t *sem); int sem_wait(sem_t *sem); int sem_trywait(sem_t *sem); int sem_post(sem_t *sem); int sem_getvalue(sem_t *sem); |
2：System V信号量
为了解决上面哪个问题,我们也可以使用System V信号量.很幸运的是Linux实现了System V信号量.这样我们就可以用实例来解释了. System V信号量的函数主要有下面几个.
| #include #include #include key_t ftok(char *pathname,char proj); int semget(key_t key,int nsems,int semflg); int semctl(int semid,int semnum,int cmd,union semun arg); int semop(int semid,struct sembuf *spos,int nspos); struct sembuf { short sem_num; /* 使用那一个信号 */ short sem_op; /* 进行什么操作 */ short sem_flg; /* 操作的标志 */ }; |
| #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define PERMS S_IRUSR|S_IWUSR void init_semaphore_struct(struct sembuf *sem,int semnum, int semop,int semflg) { /* 初始话信号灯结构 */ sem->sem_num=semnum; sem->sem_op=semop; sem->sem_flg=semflg; } int del_semaphore(int semid) { /* 信号灯并不随程序的结束而被删除,如果我们没删除的话(将1改为0) 可以用ipcs命令查看到信号灯,用ipcrm可以删除信号灯的 */ #if 1 return semctl(semid,0,IPC_RMID); #endif } int main(int argc,char **argv) { char buffer[MAX_CANON],*c; int i,n; int semid,semop_ret,status; pid_t childpid; struct sembuf semwait,semsignal; if((argc!=2)||((n=atoi(argv[1]))<1)) { fprintf(stderr,\"Usage:%s number\\n\\a\",argv[0]); exit(1); } /* 使用IPC_PRIVATE 表示由系统选择一个关键字来创建 */ /* 创建以后信号灯的初始值为0 */ if((semid=semget(IPC_PRIVATE,1,PERMS))==-1) { fprintf(stderr,\"[%d]:Acess Semaphore Error:%s\\n\\a\", getpid(),strerror(errno)); exit(1); } /* semwait是要求资源的操作(-1) */ init_semaphore_struct(&semwait,0,-1,0); /* semsignal是释放资源的操作(+1) */ init_semaphore_struct(&semsignal,0,1,0); /* 开始的时候有一个系统资源(一个标准错误输出) */ if(semop(semid,&semsignal,1)==-1) |
| { fprintf(stderr,\"[%d]:Increment Semaphore Error:%s\\n\\a\", getpid(),strerror(errno)); if(del_semaphore(semid)==-1) fprintf(stderr,\"[%d]:Destroy Semaphore Error:%s\\n\\a\", getpid(),strerror(errno)); exit(1); } /* 创建一个进程链 */ for(i=0;ibr> if(childpid=fork()) break; sprintf(buffer,\"[i=%d]-->[Process=%d]-->[Parent=%d]-->[Child=%d]\\n\", i,getpid(),getppid(),childpid); c=buffer; /* 这里要求资源,进入原子操作 */ while(((semop_ret=semop(semid,&semwait,1))==-1)&&(errno==EINTR)); if(semop_ret==-1) { fprintf(stderr,\"[%d]:Decrement Semaphore Error:%s\\n\\a\", getpid(),strerror(errno)); } else { while(*c!=\'\\0\')fputc(*c++,stderr); /* 原子操作完成,赶快释放资源 */ while(((semop_ret=semop(semid,&semsignal,1))==-1)&&(errno==EINTR)); if(semop_ret==-1) fprintf(stderr,\"[%d]:Increment Semaphore Error:%s\\n\\a\", getpid(),strerror(errno)); } /* 不能够在其他进程反问信号灯的时候,我们删除了信号灯 */ while((wait(&status)==-1)&&(errno==EINTR)); /* 信号灯只能够被删除一次的 */ if(i==1) if(del_semaphore(semid)==-1) fprintf(stderr,\"[%d]:Destroy Semaphore Error:%s\\n\\a\", getpid(),strerror(errno)); exit(0); } |
信号灯的主要用途是保护临界资源(在一个时刻只被一个进程所拥有).
3：SystemV消息队列
为了便于进程之间通信,我们可以使用管道通信 SystemV也提供了一些函数来实现进程的通信.这就是消息队列.
| #include #include #include int msgget(key_t key,int msgflg); int msgsnd(int msgid,struct msgbuf *msgp,int msgsz,int msgflg); int msgrcv(int msgid,struct msgbuf *msgp,int msgsz, long msgtype,int msgflg); int msgctl(Int msgid,int cmd,struct msqid_ds *buf); struct msgbuf { long msgtype; /* 消息类型 */ ....... /* 其他数据类型 */ } |
msgget函数和semget一样,返回一个消息队列的标志.msgctl和semctl是对消息进行控制. msgsnd和msgrcv函数是用来进行消息通讯的.msgid是接受或者发送的消息队列标志. msgp是接受或者发送的内容.msgsz是消息的大小. 结构msgbuf包含的内容是至少有一个为msgtype.其他的成分是用户定义的.对于发送函数msgflg指出缓冲区用完时候的操作.接受函数指出无消息时候的处理.一般为0. 接收函数msgtype指出接收消息时候的操作.
如果msgtype=0,接收消息队列的第一个消息.大于0接收队列中消息类型等于这个值的第一个消息.小于0接收消息队列中小于或者等于msgtype绝对值的所有消息中的最小一个消息. 我们以一个实例来解释进程通信.下面这个程序有server和client组成.先运行服务端后运行客户端.
服务端 server.c
| #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define MSG_FILE \"server.c\" #define BUFFER 255 #define PERM S_IRUSR|S_IWUSR struct msgtype { long mtype; char buffer[BUFFER+1]; }; int main() { struct msgtype msg; key_t key; int msgid; if((key=ftok(MSG_FILE,\'a\'))==-1) { fprintf(stderr,\"Creat Key Error:%s\\a\\n\",strerror(errno)); exit(1); } if((msgid=msgget(key,PERM|IPC_CREAT|IPC_EXCL))==-1) { fprintf(stderr,\"Creat Message Error:%s\\a\\n\",strerror(errno)); exit(1); } while(1) { msgrcv(msgid,&msg,sizeof(struct msgtype),1,0); fprintf(stderr,\"Server Receive:%s\\n\",msg.buffer); msg.mtype=2; msgsnd(msgid,&msg,sizeof(struct msgtype),0); } exit(0); } |
客户端(client.c)
| #include #include #include #include #include #include #include #include #define MSG_FILE \"server.c\" #define BUFFER 255 #define PERM S_IRUSR|S_IWUSR struct msgtype { long mtype; char buffer[BUFFER+1]; }; int main(int argc,char **argv) { struct msgtype msg; key_t key; int msgid; if(argc!=2) { fprintf(stderr,\"Usage:%s string\\n\\a\",argv[0]); exit(1); } if((key=ftok(MSG_FILE,\'a\'))==-1) { fprintf(stderr,\"Creat Key Error:%s\\a\\n\",strerror(errno)); exit(1); } if((msgid=msgget(key,PERM))==-1) { fprintf(stderr,\"Creat Message Error:%s\\a\\n\",strerror(errno)); exit(1); } msg.mtype=1; strncpy(msg.buffer,argv[1],BUFFER); msgsnd(msgid,&msg,sizeof(struct msgtype),0); memset(&msg,\'\\0\',sizeof(struct msgtype)); msgrcv(msgid,&msg,sizeof(struct msgtype),2,0); fprintf(stderr,\"Client receive:%s\\n\",msg.buffer); exit(0); } |
注意服务端创建的消息队列最后没有删除，我们要使用ipcrm命令来删除的。
4：SystemV共享内存
还有一个进程通信的方法是使用共享内存。SystemV提供了以下几个函数以实现共享内存。
| #include #include #include int shmget(key_t key,int size,int shmflg); void *shmat(int shmid,const void *shmaddr,int shmflg); int shmdt(const void *shmaddr); int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf); |
shmget和shmctl没有什么好解释的。size是共享内存的大小。 shmat是用来连接共享内存的。shmdt是用来断开共享内存的。不要被共享内存词语吓倒，共享内存其实很容易实现和使用的。shmaddr，shmflg我们只要用0代替就可以了。在使用一个共享内存之前我们调用shmat得到共享内存的开始地址，使用结束以后我们使用shmdt断开这个内存。
| #include #include #include #include #include #include #include #include #define PERM S_IRUSR|S_IWUSR int main(int argc,char **argv) { int shmid; char *p_addr,*c_addr; if(argc!=2) { fprintf(stderr,\"Usage:%s\\n\\a\",argv[0]); exit(1); } if((shmid=shmget(IPC_PRIVATE,1024,PERM))==-1) { fprintf(stderr,\"Create Share Memory Error:%s\\n\\a\",strerror(errno)); exit(1); } if(fork()) { p_addr=shmat(shmid,0,0); memset(p_addr,\'\\0\',1024); strncpy(p_addr,argv[1],1024); exit(0); } else { c_addr=shmat(shmid,0,0); printf(\"Client get %s\",c_addr); exit(0); } } |
这个程序是父进程将参数写入到共享内存，然后子进程把内容读出来。最后我们要使用ipcrm释放资源的。先用ipcs找出ID然后用ipcrm shm ID删除。
后记：
进程通信（IPC）是网络程序的基础，在很多的网络程序当中会大量的使用进程通信的概念和知识。其实进程通信是一件非常复杂的事情
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