Linux网络编程--进程间通信（一）

进程间通信简介（摘自《Linux网络编程》p85）

　　AT&T 在 UNIX System V 中引入了几种新的进程通讯方式，即消息队列（ MessageQueues），信号量（ semaphores）和共享内存（ shared memory），统称为 System V IPC。在Linux 系统编程中，它们有着广泛的应用。
　　System V IPC 的一个显著的特点，是它的具体实例在内核中是以对象的形式出现的，我们称之为 IPC 对象。每个 IPC 对象在系统内核中都有一个唯一的标识符。通过标识符内核可以正确的引用指定的 IPC 对象.。需要注意的是，标识符的唯一性只在每一类的 IPC 对象内成立。比如说，一个消息队列和一个信号量的标识符可能是相同的，但绝对不会出现两个有相同标识符的消息队列。

　　标识符只在内核中使用， IPC 对象在程序中是通过关键字（ key）来访问的。和 IPC 对象标识符一样，关键字也必须是唯一的。而且，要访问同一个 IPC 对象， Server 和 Client必须使用同一个关键字。因此，如何构造新的关键字使之不和已有的关键字冲突，并保证Server 和 Client 使用的关键字是相同的，是建立 IPC 对象时首先要解决的一个问题。（具体在后边的msg通信中详解）

通信方法还有：半双工管道pipe，命名管道fifo，消息队列，信号量，共享内，socket套接字等，下面一一介绍：

①半双工管道：

　　int pipe(int filedes[2]);

　　管道是将两个进程之间的标准输入输出相互对接的机制

　　linux命令中使用的管道 | ： ls -l | grep *.c //显示文件(输入端)-(|)-(输出端)>找到.c结尾文件

实现：因为半双工缘故，所以只能实现一段输入，一段输出，而不能双向通信。所以：实现为，通过管道连接进程，一端开放读文件描述，一端开放写文件描述

//管道的性质就是，一个进程的输出作为另一个进程的输入
//那么我们可以关闭一个进程读端使之作为输入端，
//另一个进程关闭写端，读取数据，接收数据作为管道输出端

//FIFO命名管道
//文件系统中，命名管道是特殊文件的方式存在的
//不同进程可以通过命名管道共享数据

//命名管道一直是阻塞方式的，且必须是显示的通过open建立连接到管道的通道
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>

#include<sys/types.h>

int main()
{
int result = 1;
int fd[2];
pid_t pid;
int *write_fd = &fd[1];        //写文件描述
int *read_fd = &fd[0];        //读文件描述

int nbytes;
char str[] = "管道，你好\n";
char readBuffer[80];
memset(readBuffer,0,sizeof(readBuffer));

result = pipe(fd);        //创建管道
if(-1==result)
{
printf("管道创建失败！\n");
return -1;
}

pid = fork();            //进程创建分叉程序
if(-1 == pid)
{
printf("fork失败");
return -1;
}

if(0==pid)            //子进程关闭读端，写入字符
{
close(*read_fd);
result = write(*write_fd,str,strlen(str));
printf("写入%d个数据\n",result);
}
else                //父进程关闭写端，读取数据
{
close(*write_fd);
nbytes = read(*read_fd,readBuffer,sizeof(readBuffer));
printf("接收到%d个数据，内容为%s",nbytes,readBuffer);
}
return 0;
}

②命名管道

　　int mkfifo(const char* pathname,mode_t mode);

　　类似于普通管道，只是

　　a.在文件系统中以设备特殊文件的形式存在

　　b.不同进程之间可以通过命名管道共享数据

操作区别于普通管道：FIFO中必须显式通过open建立连接到管道的通道，且总是处于阻塞状态的

③消息队列

　　消息队列是内核地址空间的内部链表，通过内核在各个进程之间传递内容。每个消息队列通过唯一IPC标识符标识，不同队列相对独立。

　　

//file： msg.h
/* message buffer for msgsnd and msgrcv calls */
struct msgbuf {
__kernel_long_t mtype;          /* type of message */
char mtext[1];                  /* message text */
};

/* Obsolete, used only for backwards compatibility and libc5 compiles */
struct msqid_ds {
struct ipc_perm msg_perm;
struct msg *msg_first;        /* first message on queue,unused  */
struct msg *msg_last;        /* last message in queue,unused */
__kernel_time_t msg_stime;    /* last msgsnd time */
__kernel_time_t msg_rtime;    /* last msgrcv time */
__kernel_time_t msg_ctime;    /* last change time */
unsigned long  msg_lcbytes;    /* Reuse junk fields for 32 bit */
unsigned long  msg_lqbytes;    /* ditto */
unsigned short msg_cbytes;    /* current number of bytes on queue */
unsigned short msg_qnum;    /* number of messages in queue */
unsigned short msg_qbytes;    /* max number of bytes on queue */
__kernel_ipc_pid_t msg_lspid;    /* pid of last msgsnd */
__kernel_ipc_pid_t msg_lrpid;    /* last receive pid */
};

//filename
/* Obsolete, used only for backwards compatibility and libc5 compiles */
struct ipc_perm
{
__kernel_key_t    key;　　//函数msgget()使用的键值　　
__kernel_uid_t    uid;　　//用户UID
__kernel_gid_t    gid;　　//用户GID
__kernel_uid_t    cuid;　　//创建者UID
__kernel_gid_t    cgid;　　//创建者GID
__kernel_mode_t    mode; 　　//权限
unsigned short    seq;　　//序列号
};

　　内核中的消息队列



注：结构list_head 形成一个链表，结构msg_msg之中的m_list使得消息形成链表，查找，插入时，对m_list域进行偏移找到位置

相关函数：

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

　　获取消息 int msgget(key_t key,int msgflg);

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

　　接收消息 ssize_t msgrcv(int msqid, void * msgp, size_t msgsz, long msgtype, int msgflg);

　　消息控制 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);　　//向内核发送cmd命令判断进行何种操作

一个简单例子

④信号量

　　信号量是一种计数器，用来控制对多个进程共享的资源所进行的访问。常用作锁机制（生产者消费者模型是个典型使用）

　　信号量结构

//filename sys/sem.h
/* arg for semctl system calls. */
union semun {
int val;            /* value for SETVAL */
struct semid_ds *buf;    /* buffer for IPC_STAT & IPC_SET */
unsigned short *array;    /* 数组结构 */
struct seminfo *__buf;    /* 信号量内部结构 */
void *__pad;
};

　　相关函数

　　新建信号量 int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

　　//key 来自于ftok()

　　信号量操作函数 int semop(int semid,struct sembuf* sops, unsigned nsops);

　　//信号量的P,V操作通过向已经建立好的信号量发送命令完成

　　控制信号量参数

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

　　//用于在信号量集合上执行控制操作

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

typedef int sem_t;
union semun
{
int val;
struct semid_ds * buf;
unsigned short *array;
}arg;

sem_t CreateSem(key_t key, int value)
{
union semun sem;
sem_t semid;
sem.val = value;

semid = semget(key,0,IPC_CREAT);
if(-1 == semid)
{
printf("create semaphore error\n");
return -1;
}

semctl(semid,0,SETVAL,sem);

return semid;
}

int Sem_P(sem_t semid)
{
struct sembuf sops = {0,+1,IPC_NOWAIT};
return (semop(semid,&sops,1));
}

int Sem_V(sem_t semid)
{
struct sembuf sops = {0,-1,IPC_NOWAIT};
return (semop(semid,&sops,1));
}

void SetvalueSem(sem_t semid , int value)
{
union semun sem;
sem.val = value;
semctl(semid,0,SETVAL,sem);
}

int GetvalueSem(sem_t semid)
{
union semun sem;
return semctl(semid,0,GETVAL,sem);
}

void DestroySem(sem_t semid)
{
union semun sem;
sem.val = 0;
semctl(semid,0,IPC_RMID,sem);
}
int main()
{
key_t key;
int semid;
char i;
int value = 0;
key = ftok("/ipc/sem",'a');

semid = CreateSem(key,100);
for( i = 0;i <= 3;++i)
{
Sem_P(semid);
Sem_V(semid);
}
value = GetvalueSem(semid);

DestroySem(semid);
return 0;
}

⑤共享内存（最快捷的方法）没有中间过程，管道等

　　在多个进程之间共享内存区域的一种进程间通信方式，在多个进程之间对内存段进行映射的方式实现内存共享。

　 相关函数

　　创建共享内存函数 int shmget(key_y key, size_t size, int shmflg);

　　获得共享内存地址void * shmat(int shmid,const void* shmaddr, int shmflg);

　　删除共享内存函数 int shmdt(const void* shmadddr);

　　共享内存控制函数 int shmctl(int shmid ,int cmd, struct shmid_ds * buf);

⑥信号

　　用于在一个或多个进程之间传递异步信号。

　　相关函数

　　信号截取 sighandler signal(int signum ,sighandler handler);

　　发送信号 int kill(pid_t pid, int sig);

　　　　　　 int raise(int sig);