Linux 操作系统IPC-编程知识

1、IPC简介

1.1、共享内存

1.1.1 创建/访问共享内存

1.1.2 映射

1.1.3 解除映射

1.1.4 删除/修改共享内存

1.2 信号量集

1.2.1 创建信号量集合

1.2.2 信号量的初始化

1.2.3 信号量的还原和消耗

1.3 消息队列

1.3.1 概念

1.3.3 添加消息队列

1.3.4 读取消息

1、IPC简介

IPC全称：Inter-Process Communication

功能：进程间通信多运用于多进程之间其中包括：共享内存，信号量集，消息队列；

查看系统的IPC的指令：

ipcs

分开查看：

共享内存         Shared memory ipcs -m         函数 shm 开头的
        信号量集         Semaphore set ipcs -s 函数 sem 开头的
        消息队列         Message Queue pcs -q 函数 msg 开头的

删除：

        删除共享内存         ipcrm -m         共享内存的 id
        删除信号量集         ipcrm -s 信号量集的 id
        删除消息队列         ipcrm -q          消息队列的 id

获得键值：
存在的意义：保证多个进程访问的共享内存是同一个；或者多个进程访问的信号集是同一个，再或者多个进程访问的消息队列是同一个；

头文件：

# include <sys/types.h>
# include <sys/ipc.h>

函数原型：

key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

参数：
pathname：任何的存在的路劲/文件夹名;"/home/xxx"

proj_id：任意一个0-255之间的数值；

返回值：当成功执行的时候，一个key_t值将会被返回，否则 -1被返回

1.1、共享内存

1.1.1 创建/访问共享内存

作用：用来获得共享内存区域的ID，如果不存在指定的共享区域就创建相应的区域

头文件：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

函数原型：

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

参数：

key：键值，用ftok（）获得；//任意进程均可使用

size：共享内存的大小

shmflg：IPC_CREAT|0600

IPC_CREAT：如果内有就创建，有就直接获取

返回值：成功返回内存段标识符，失败：-1

1.1.2 映射

作用：把共享内存区域映射到调用进程的地址空间中去

头文件：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

函数原型：

void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

参数：

shmid：要映射的共享内存区域标识符

shmaddr：将共享内存映射到指定位置，一般填NULL

shmflg：默认 0，共享内存可读写

返回值：
成功：被映射的段地址，失败：返回NULL

1.1.3 解除映射

作用：解除调用用来解除进程对共享区域的映射

头文件：

 #include <sys/types.h>#include <sys/shm.h>

函数原型：

int shmdt(const void *shmaddr);

参数：被映射的共享内存段地址

返回值：成功返回0；失败返回-1

1.1.4 删除/修改共享内存

头文件：

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

函数原型：

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

参数：

shmid：shmget的返回值

cmd：选择的操作

IPC_STAT:获取共享内存属性

IPC_SET:修改共享内存

IPC_RMID:删除共享内存，此时第三个参数为NULL

返回值:
成功0，失败-1

补充：
memcpy-- 内存复制

函数原型：

void *memcpy(void *destin, void *source, unsigned n);

参数：

destin：指向用于存储复制内容的目标数组，类型强制转换为 void* 指针。
source-- 指向要复制的数据源，类型强制转换为 void* 指针。 n-- 要被复制的字节数。
返回值：该函数返回一个指向目标存储区 destin 的指针。

1.2 信号量集

1.2.1 创建信号量集合

作用：创建一个信号量集或访问一个已存在的信号量集

头文件：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

函数原型：

int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

参数：

key：键值

nsems：信号量集合中创建几组信号量，通常取值为1；

semflg：IPC_CREAT 表示若信号量已存在，返回该信号量标识符；不存在，创建； IPC_CREAT|0600

返回值：如果成功，则返回信号量集的 IPC 标识符。如果失败，则返回-1

1.2.2 信号量的初始化

头文件：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

函数原型：

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

参数：

semid：是由semget返回的信号量标识符

sumnum：你要操作的信号量集合中信号量的下标，第一组的下标是0；

cmd：

删除：IPC_RMID（立即删除信号集，唤醒所有被阻塞的进程）
设置： SETVAL（根据 semnum 指定的编号设定相应信号的值， 此时需要填充第四个参数(用联合体中 val 成员的值设置信号量集合中单个信号量的值)）
获取： GETVAL（根据 semnum 指定的编号返回相应信号的值, 此时该函数返回值就是你要获得的信号量的值，不再是 0 或-1）

如果有第四个参数类型
union semun {
        short val; /*SETVAL 用的值*/
        struct semid_ds* buf; /*IPC_STAT、 IPC_SET 用的 semid_ds 结构(则是一个内核结构体)*/
        nsigned short* array; /*SETALL、 GETALL 用的数组值*/
        struct seminfo *buf; /*为控制 IPC_INFO 提供的缓存(表示信号量系统资源配置信息)*/
} arg;
返回值
        成功：返回相应的值，失败：返回-1

举例：

key = ftok();
semid = semget(key,1,IPC_CREAT|0600);
union semun text;
text.val = 1;//二值信号量
semctl(semid,0,SETVAL,text);

1.2.3 信号量的还原和消耗

用于改变信号量对像中各个信号量的状态

函数原型：

int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);

参数： semid： semget 返回值
                sops：对信号量的操作
                struct sembuf{
                        unsigned short sem_num; //信号量的下标 0
                        short sem_op; //操作类型 +1 -1
                        sem_op > 0 信号加上 sem_op 的值，表示进程释放控制的资源；
                        sem_op < 0 信号减去 sem_op 的值。
                        short sem_flg; //操作标志 0 设置信号量的默认操作
                        }
        nsops：进行操作信号量的个数，即 sops 结构变量的个数，需大于或等于 1。最常见设置此值
等于 1，只完成对一个信号量的操作
返回值：成功时，返回 0；失败时，返回-1

1.3 消息队列

1.3.1 概念

消息队列就是一个消息的链表，可以把消息看作一个记录，具有特定的格式以及特定的优先级。对消息队列有写权限的进程可以向其中按照一定的规则添加新信息，对消息队列有读权限的进程则可以从消息队列中读走消息。和队列的特点一样，遵从先进先出的原则。

1.3.2 创建新的消息队列获取已存在的消息队列

头文件：

#include <sys / types.h>
#include <sys / ipc.h>
#include <sys / msg.h>

函数原型：

int msgget(key_t key, int msgflg);

参数：key由ftok生成。

msgflg：IPC_CREAT|0600

IPC_CREAT 值，若没有该队列，则创建一个并返回新标识符；若已存在，则返回原标识
符。
返回值：

成功执行：返回消息队列标识符。失败返回-1.

1.3.3 添加消息队列

作用：把消息添加到已打开的消息队列末尾（尾差法）。

函数原型：

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

参数：

msgid：值明消息队列的ID，通常是msgget 函数成功的返回值

msgp：发送数据缓冲区首地址，指向消息结构的指针。

该消息结构 msgbuf 为：
struct msgbuf{
long mtype;//消息类型
char mtext[1];//消息正文:可以是数值/数组/结构体
}

消息必须是一个结构体，并且结构体的第一个成员必须是消息类型(long);

msgsz：数据大小，注意，改大小仅仅是数据大小，需要用结构体整体大小减去消息类型
的大小，每个消息体最大不要超过 4K;

sizeof(struct msgbuf) - sizeof(long);

msgflg: 一般赋 0，阻塞方式
IPC_NOWAIT ：非阻塞
返回值：成功则返回 0, 出错则返回-1

1.3.4 读取消息

作用：把消息从消息队列中取走，与FIFO不同的是，这里可以指定取走某种类型的消息（在该类型的消息中，依旧是FIFO）

函数原型：

ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

参数：

msqid ：消息队列的队列 ID

msgp：消息缓冲区 -- 提供空间 -- 结构体类型
msgsz：消息的字节数 -- sizeof(结构体)-sizeof(long);
msgtyp：消息类型
        =0 忽略类型
        >0 只接收指定类型的数据
        <0 只接受小于等于其绝对值的数据

msgflg: 0： msgsnd 调用阻塞直到条件满足为止
IPC_NOWAIT 不阻塞
返回值：接收成功返回 0，失败返回-1
1.3.5 控制消息队列

函数原型：

int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

参数：

msqid：消息队列的队列 ID
cmd:

                IPC_STAT：读取消息队列的属性 msqid_ds，并将其存储在 buf 指定的地址中
                IPC_SET：设置消息队列的属性 msqid_ds 中的 ipc_perm 元素的值。这个值取自 buf 参数。
                IPC_RMID：从系统内核中移走消息队列，此时最后一个写 NULL
                Buf：消息队列缓冲区

返回值：接收成功返回0，失败返回-1.