进程间通信(IPC)介绍
发布日期:2021-08-21 02:35:28 浏览次数:0 分类:技术文章

进程间通信(IPC,InterProcess Communication)是指在不同进程之间传播或交换信息。

IPC的方式通常有管道(包括无名管道和命名管道)、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。

以Linux中的C语言编程为例。

一、管道

管道,通常指无名管道,是 UNIX 系统IPC最古老的形式。

1、特点:

  1. 它是半双工的(即数据只能在一个方向上流动),具有固定的读端和写端。

  2. 它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信(也是父子进程或者兄弟进程之间)。

  3. 它可以看成是一种特殊的文件,对于它的读写也可以使用普通的read、write 等函数。但是它不是普通的文件,并不属于其他任何文件系统,并且只存在于内存中。

一、管道

管道,通常指无名管道,是 UNIX 系统IPC最古老的形式。

1、特点:

  1. 它是半双工的(即数据只能在一个方向上流动),具有固定的读端和写端。

  2. 它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信(也是父子进程或者兄弟进程之间)。

  3. 它可以看成是一种特殊的文件,对于它的读写也可以使用普通的read、write 等函数。但是它不是普通的文件,并不属于其他任何文件系统,并且只存在于内存中。

2、原型:

1 #include <unistd.h>2 int pipe(int fd[2]);    // 返回值:若成功返回0,失败返回-1

当一个管道建立时,它会创建两个文件描述符:fd[0]为读而打开,fd[1]为写而打开。如下图:

要关闭管道只需将这两个文件描述符关闭即可。

3、例子

单个进程中的管道几乎没有任何用处。所以,通常调用 pipe 的进程接着调用 fork,这样就创建了父进程与子进程之间的 IPC 通道。如下图所示:

若要数据流从父进程流向子进程,则关闭父进程的读端(fd[0])与子进程的写端(fd[1]);反之,则可以使数据流从子进程流向父进程。

 1 #include<stdio.h> 2 #include<unistd.h> 3  4 int main() 5 { 6     int fd[2];  // 两个文件描述符 7     pid_t pid; 8     char buff[20]; 9 10     if(pipe(fd) < 0)  // 创建管道11         printf("Create Pipe Error!\n");12 13     if((pid = fork()) < 0)  // 创建子进程14         printf("Fork Error!\n");15     else if(pid > 0)  // 父进程16     {17         close(fd[0]); // 关闭读端18         write(fd[1], "hello world\n", 12);19     }20     else21     {22         close(fd[1]); // 关闭写端23         read(fd[0], buff, 20);24         printf("%s", buff);25     }26 27     return 0;28 }

二、FIFO

FIFO,也称为命名管道,它是一种文件类型。

1、特点

  1. FIFO可以在无关的进程之间交换数据,与无名管道不同。

  2. FIFO有路径名与之相关联,它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。

2、原型

1 #include <sys/stat.h>2 // 返回值:成功返回0,出错返回-13 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

其中的 mode 参数与open函数中的 mode 相同。一旦创建了一个 FIFO,就可以用一般的文件I/O函数操作它。

当 open 一个FIFO时,是否设置非阻塞标志(O_NONBLOCK)的区别:

  • 若没有指定O_NONBLOCK(默认),只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO。类似的,只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它。

  • 若指定了O_NONBLOCK,则只读 open 立即返回。而只写 open 将出错返回 -1 如果没有进程已经为读而打开该 FIFO,其errno置ENXIO。

3、例子

FIFO的通信方式类似于在进程中使用文件来传输数据,只不过FIFO类型文件同时具有管道的特性。在数据读出时,FIFO管道中同时清除数据,并且“先进先出”。下面的例子演示了使用 FIFO 进行 IPC 的过程:

write_fifo.c

 1 #include<stdio.h> 2 #include<stdlib.h>   // exit 3 #include<fcntl.h>    // O_WRONLY 4 #include<sys/stat.h> 5 #include<time.h>     // time 6  7 int main() 8 { 9     int fd;10     int n, i;11     char buf[1024];12     time_t tp;13 14     printf("I am %d process.\n", getpid()); // 说明进程ID15     16     if((fd = open("fifo1", O_WRONLY)) < 0) // 以写打开一个FIFO 17     {18         perror("Open FIFO Failed");19         exit(1);20     }21 22     for(i=0; i<10; ++i)23     {24         time(&tp);  // 取系统当前时间25         n=sprintf(buf,"Process %d's time is %s",getpid(),ctime(&tp));26         printf("Send message: %s", buf); // 打印27         if(write(fd, buf, n+1) < 0)  // 写入到FIFO中28         {29             perror("Write FIFO Failed");30             close(fd);31             exit(1);32         }33         sleep(1);  // 休眠1秒34     }35 36     close(fd);  // 关闭FIFO文件37     return 0;38 }

read_fifo.c

 1 #include<stdio.h> 2 #include<stdlib.h> 3 #include<errno.h> 4 #include<fcntl.h> 5 #include<sys/stat.h> 6  7 int main() 8 { 9     int fd;10     int len;11     char buf[1024];12 13     if(mkfifo("fifo1", 0666) < 0 && errno!=EEXIST) // 创建FIFO管道14         perror("Create FIFO Failed");15 16     if((fd = open("fifo1", O_RDONLY)) < 0)  // 以读打开FIFO17     {18         perror("Open FIFO Failed");19         exit(1);20     }21     22     while((len = read(fd, buf, 1024)) > 0) // 读取FIFO管道23         printf("Read message: %s", buf);24 25     close(fd);  // 关闭FIFO文件26     return 0;27 }

在两个终端里用 gcc 分别编译运行上面两个文件,可以看到输出结果如下:

 1 [cheesezh@localhost]$ ./write_fifo  2 I am 5954 process. 3 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:28 2015 4 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:29 2015 5 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:30 2015 6 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:31 2015 7 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:32 2015 8 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:33 2015 9 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:34 201510 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:35 201511 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:36 201512 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:37 2015

 

 1 [cheesezh@localhost]$ ./read_fifo  2 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:28 2015 3 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:29 2015 4 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:30 2015 5 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:31 2015 6 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:32 2015 7 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:33 2015 8 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:34 2015 9 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:35 201510 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:36 201511 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:37 2015

上述例子可以扩展成 客户进程—服务器进程 通信的实例,write_fifo的作用类似于客户端,可以打开多个客户端向一个服务器发送请求信息,read_fifo类似于服务器,它适时监控着FIFO的读端,当有数据时,读出并进行处理,但是有一个关键的问题是,每一个客户端必须预先知道服务器提供的FIFO接口,下图显示了这种安排:

三、消息队列

消息队列,是消息的链接表,存放在内核中。一个消息队列由一个标识符(即队列ID)来标识。

1、特点

  1. 消息队列是面向记录的,其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级

  2. 消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时,消息队列及其内容并不会被删除。

  3. 消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。

2、原型

1 #include <sys/msg.h>2 // 创建或打开消息队列:成功返回队列ID,失败返回-13 int msgget(key_t key, int flag);4 // 添加消息:成功返回0,失败返回-15 int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);6 // 读取消息:成功返回消息数据的长度,失败返回-17 int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);8 // 控制消息队列:成功返回0,失败返回-19 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

在以下两种情况下,msgget将创建一个新的消息队列:

  • 如果没有与键值key相对应的消息队列,并且flag中包含了IPC_CREAT标志位。
  • key参数为IPC_PRIVATE

函数msgrcv在读取消息队列时,type参数有下面几种情况:

  • type == 0,返回队列中的第一个消息;
  • type > 0,返回队列中消息类型为 type 的第一个消息;
  • type < 0,返回队列中消息类型值小于或等于 type 绝对值的消息,如果有多个,则取类型值最小的消息。

可以看出,type值非 0 时用于以非先进先出次序读消息。也可以把 type 看做优先级的权值。(其他的参数解释,请自行Google之)

3、例子

下面写了一个简单的使用消息队列进行IPC的例子,服务端程序一直在等待特定类型的消息,当收到该类型的消息以后,发送另一种特定类型的消息作为反馈,客户端读取该反馈并打印出来。

msg_server.c

 1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <sys/msg.h> 4  5 // 用于创建一个唯一的key 6 #define MSG_FILE "/etc/passwd" 7  8 // 消息结构 9 struct msg_form {10     long mtype;11     char mtext[256];12 };13 14 int main()15 {16     int msqid;17     key_t key;18     struct msg_form msg;19     20     // 获取key值21     if((key = ftok(MSG_FILE,'z')) < 0)22     {23         perror("ftok error");24         exit(1);25     }26 27     // 打印key值28     printf("Message Queue - Server key is: %d.\n", key);29 30     // 创建消息队列31     if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)32     {33         perror("msgget error");34         exit(1);35     }36 37     // 打印消息队列ID及进程ID38     printf("My msqid is: %d.\n", msqid);39     printf("My pid is: %d.\n", getpid());40 41     // 循环读取消息42     for(;;) 43     {44         msgrcv(msqid, &msg, 256, 888, 0);// 返回类型为888的第一个消息45         printf("Server: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext);46         printf("Server: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype);47 48         msg.mtype = 999; // 客户端接收的消息类型49         sprintf(msg.mtext, "hello, I'm server %d", getpid());50         msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);51     }52     return 0;53 }

msg_client.c

 1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <sys/msg.h> 4  5 // 用于创建一个唯一的key 6 #define MSG_FILE "/etc/passwd" 7  8 // 消息结构 9 struct msg_form {10     long mtype;11     char mtext[256];12 };13 14 int main()15 {16     int msqid;17     key_t key;18     struct msg_form msg;19 20     // 获取key值21     if ((key = ftok(MSG_FILE, 'z')) < 0) 22     {23         perror("ftok error");24         exit(1);25     }26 27     // 打印key值28     printf("Message Queue - Client key is: %d.\n", key);29 30     // 打开消息队列31     if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1) 32     {33         perror("msgget error");34         exit(1);35     }36 37     // 打印消息队列ID及进程ID38     printf("My msqid is: %d.\n", msqid);39     printf("My pid is: %d.\n", getpid());40 41     // 添加消息,类型为88842     msg.mtype = 888;43     sprintf(msg.mtext, "hello, I'm client %d", getpid());44     msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);45 46     // 读取类型为777的消息47     msgrcv(msqid, &msg, 256, 999, 0);48     printf("Client: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext);49     printf("Client: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype);50     return 0;51 }

四、信号量

信号量(semaphore)与已经介绍过的 IPC 结构不同,它是一个计数器。信号量用于实现进程间的互斥与同步,而不是用于存储进程间通信数据。

1、特点

  1. 信号量用于进程间同步,若要在进程间传递数据需要结合共享内存

  2. 信号量基于操作系统的 PV 操作,程序对信号量的操作都是原子操作。

  3. 每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1,而且可以加减任意正整数。

  4. 支持信号量组。

2、原型

最简单的信号量是只能取 0 和 1 的变量,这也是信号量最常见的一种形式,叫做二值信号量(Binary Semaphore)。而可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。

Linux 下的信号量函数都是在通用的信号量数组上进行操作,而不是在一个单一的二值信号量上进行操作。

1 #include <sys/sem.h>2 // 创建或获取一个信号量组:若成功返回信号量集ID,失败返回-13 int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);4 // 对信号量组进行操作,改变信号量的值:成功返回0,失败返回-15 int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);  6 // 控制信号量的相关信息7 int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);

semget创建新的信号量集合时,必须指定集合中信号量的个数(即num_sems),通常为1; 如果是引用一个现有的集合,则将num_sems指定为 0 。

semop函数中,sembuf结构的定义如下:

1 struct sembuf 2 {3     short sem_num; // 信号量组中对应的序号,0~sem_nums-14     short sem_op;  // 信号量值在一次操作中的改变量5     short sem_flg; // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO6 }

其中 sem_op 是一次操作中的信号量的改变量:

  • sem_op > 0,表示进程释放相应的资源数,将 sem_op 的值加到信号量的值上。如果有进程正在休眠等待此信号量,则换行它们。

  • sem_op < 0,请求 sem_op 的绝对值的资源。

    • 如果相应的资源数可以满足请求,则将该信号量的值减去sem_op的绝对值,函数成功返回。
    • 当相应的资源数不能满足请求时,这个操作与sem_flg有关。
      • sem_flg 指定IPC_NOWAIT,则semop函数出错返回EAGAIN
      • sem_flg 没有指定IPC_NOWAIT,则将该信号量的semncnt值加1,然后进程挂起直到下述情况发生:
        1. 当相应的资源数可以满足请求,此信号量的semncnt值减1,该信号量的值减去sem_op的绝对值。成功返回;
        2. 此信号量被删除,函数smeop出错返回EIDRM;
        3. 进程捕捉到信号,并从信号处理函数返回,此情况下将此信号量的semncnt值减1,函数semop出错返回EINTR
  • sem_op == 0,进程阻塞直到信号量的相应值为0:

    • 当信号量已经为0,函数立即返回。
    • 如果信号量的值不为0,则依据sem_flg决定函数动作:
      • sem_flg指定IPC_NOWAIT,则出错返回EAGAIN
      • sem_flg没有指定IPC_NOWAIT,则将该信号量的semncnt值加1,然后进程挂起直到下述情况发生:
        1. 信号量值为0,将信号量的semzcnt的值减1,函数semop成功返回;
        2. 此信号量被删除,函数smeop出错返回EIDRM;
        3. 进程捕捉到信号,并从信号处理函数返回,在此情况将此信号量的semncnt值减1,函数semop出错返回EINTR

semctl函数中的命令有多种,这里就说两个常用的:

  • SETVAL:用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。
  • IPC_RMID:删除一个信号量集合。如果不删除信号量,它将继续在系统中存在,即使程序已经退出,它可能在你下次运行此程序时引发问题,而且信号量是一种有限的资源。

3、例子

  1 #include<stdio.h>  2 #include<stdlib.h>  3 #include<sys/sem.h>  4   5 // 联合体,用于semctl初始化  6 union semun  7 {  8     int              val; /*for SETVAL*/  9     struct semid_ds *buf; 10     unsigned short  *array; 11 }; 12  13 // 初始化信号量 14 int init_sem(int sem_id, int value) 15 { 16     union semun tmp; 17     tmp.val = value; 18     if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1) 19     { 20         perror("Init Semaphore Error"); 21         return -1; 22     } 23     return 0; 24 } 25  26 // P操作: 27 //    若信号量值为1,获取资源并将信号量值-1  28 //    若信号量值为0,进程挂起等待 29 int sem_p(int sem_id) 30 { 31     struct sembuf sbuf; 32     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/ 33     sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/ 34     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO; 35  36     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1) 37     { 38         perror("P operation Error"); 39         return -1; 40     } 41     return 0; 42 } 43  44 // V操作: 45 //    释放资源并将信号量值+1 46 //    如果有进程正在挂起等待,则唤醒它们 47 int sem_v(int sem_id) 48 { 49     struct sembuf sbuf; 50     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/ 51     sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/ 52     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO; 53  54     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1) 55     { 56         perror("V operation Error"); 57         return -1; 58     } 59     return 0; 60 } 61  62 // 删除信号量集 63 int del_sem(int sem_id) 64 { 65     union semun tmp; 66     if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1) 67     { 68         perror("Delete Semaphore Error"); 69         return -1; 70     } 71     return 0; 72 } 73  74  75 int main() 76 { 77     int sem_id;  // 信号量集ID 78     key_t key;   79     pid_t pid; 80  81     // 获取key值 82     if((key = ftok(".", 'z')) < 0) 83     { 84         perror("ftok error"); 85         exit(1); 86     } 87  88     // 创建信号量集,其中只有一个信号量 89     if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1) 90     { 91         perror("semget error"); 92         exit(1); 93     } 94  95     // 初始化:初值设为0资源被占用 96     init_sem(sem_id, 0); 97  98     if((pid = fork()) == -1) 99         perror("Fork Error");100     else if(pid == 0) /*子进程*/ 101     {102         sleep(2);103         printf("Process child: pid=%d\n", getpid());104         sem_v(sem_id);  /*释放资源*/105     }106     else  /*父进程*/107     {108         sem_p(sem_id);   /*等待资源*/109         printf("Process father: pid=%d\n", getpid());110         sem_v(sem_id);   /*释放资源*/111         del_sem(sem_id); /*删除信号量集*/112     }113     return 0;114 }

上面的例子如果不加信号量,则父进程会先执行完毕。这里加了信号量让父进程等待子进程执行完以后再执行。

五、共享内存

共享内存(Shared Memory),指两个或多个进程共享一个给定的存储区。

1、特点

  1. 共享内存是最快的一种 IPC,因为进程是直接对内存进行存取。

  2. 因为多个进程可以同时操作,所以需要进行同步。

  3. 信号量+共享内存通常结合在一起使用,信号量用来同步对共享内存的访问。

2、原型

1 #include <sys/shm.h>2 // 创建或获取一个共享内存:成功返回共享内存ID,失败返回-13 int shmget(key_t key, size_t size, int flag);4 // 连接共享内存到当前进程的地址空间:成功返回指向共享内存的指针,失败返回-15 void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);6 // 断开与共享内存的连接:成功返回0,失败返回-17 int shmdt(void *addr); 8 // 控制共享内存的相关信息:成功返回0,失败返回-19 int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);

当用shmget函数创建一段共享内存时,必须指定其 size;而如果引用一个已存在的共享内存,则将 size 指定为0 。

当一段共享内存被创建以后,它并不能被任何进程访问。必须使用shmat函数连接该共享内存到当前进程的地址空间,连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间,随后可像本地空间一样访问。

shmdt函数是用来断开shmat建立的连接的。注意,这并不是从系统中删除该共享内存,只是当前进程不能再访问该共享内存而已。

shmctl函数可以对共享内存执行多种操作,根据参数 cmd 执行相应的操作。常用的是IPC_RMID(从系统中删除该共享内存)。

3、例子

下面这个例子,使用了【共享内存+信号量+消息队列】的组合来实现服务器进程与客户进程间的通信。

  • 共享内存用来传递数据;
  • 信号量用来同步;
  • 消息队列用来 在客户端修改了共享内存后 通知服务器读取。

server.c

  1 #include<stdio.h>  2 #include<stdlib.h>  3 #include<sys/shm.h>  // shared memory  4 #include<sys/sem.h>  // semaphore  5 #include<sys/msg.h>  // message queue  6 #include<string.h>   // memcpy  7   8 // 消息队列结构  9 struct msg_form { 10     long mtype; 11     char mtext; 12 }; 13  14 // 联合体,用于semctl初始化 15 union semun 16 { 17     int              val; /*for SETVAL*/ 18     struct semid_ds *buf; 19     unsigned short  *array; 20 }; 21  22 // 初始化信号量 23 int init_sem(int sem_id, int value) 24 { 25     union semun tmp; 26     tmp.val = value; 27     if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1) 28     { 29         perror("Init Semaphore Error"); 30         return -1; 31     } 32     return 0; 33 } 34  35 // P操作: 36 //  若信号量值为1,获取资源并将信号量值-1  37 //  若信号量值为0,进程挂起等待 38 int sem_p(int sem_id) 39 { 40     struct sembuf sbuf; 41     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/ 42     sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/ 43     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO; 44  45     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1) 46     { 47         perror("P operation Error"); 48         return -1; 49     } 50     return 0; 51 } 52  53 // V操作: 54 //  释放资源并将信号量值+1 55 //  如果有进程正在挂起等待,则唤醒它们 56 int sem_v(int sem_id) 57 { 58     struct sembuf sbuf; 59     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/ 60     sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/ 61     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO; 62  63     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1) 64     { 65         perror("V operation Error"); 66         return -1; 67     } 68     return 0; 69 } 70  71 // 删除信号量集 72 int del_sem(int sem_id) 73 { 74     union semun tmp; 75     if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1) 76     { 77         perror("Delete Semaphore Error"); 78         return -1; 79     } 80     return 0; 81 } 82  83 // 创建一个信号量集 84 int creat_sem(key_t key) 85 { 86     int sem_id; 87     if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1) 88     { 89         perror("semget error"); 90         exit(-1); 91     } 92     init_sem(sem_id, 1);  /*初值设为1资源未占用*/ 93     return sem_id; 94 } 95  96  97 int main() 98 { 99     key_t key;100     int shmid, semid, msqid;101     char *shm;102     char data[] = "this is server";103     struct shmid_ds buf1;  /*用于删除共享内存*/104     struct msqid_ds buf2;  /*用于删除消息队列*/105     struct msg_form msg;  /*消息队列用于通知对方更新了共享内存*/106 107     // 获取key值108     if((key = ftok(".", 'z')) < 0)109     {110         perror("ftok error");111         exit(1);112     }113 114     // 创建共享内存115     if((shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT|0666)) == -1)116     {117         perror("Create Shared Memory Error");118         exit(1);119     }120 121     // 连接共享内存122     shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0);123     if((int)shm == -1)124     {125         perror("Attach Shared Memory Error");126         exit(1);127     }128 129 130     // 创建消息队列131     if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)132     {133         perror("msgget error");134         exit(1);135     }136 137     // 创建信号量138     semid = creat_sem(key);139     140     // 读数据141     while(1)142     {143         msgrcv(msqid, &msg, 1, 888, 0); /*读取类型为888的消息*/144         if(msg.mtext == 'q')  /*quit - 跳出循环*/ 145             break;146         if(msg.mtext == 'r')  /*read - 读共享内存*/147         {148             sem_p(semid);149             printf("%s\n",shm);150             sem_v(semid);151         }152     }153 154     // 断开连接155     shmdt(shm);156 157     /*删除共享内存、消息队列、信号量*/158     shmctl(shmid, IPC_RMID, &buf1);159     msgctl(msqid, IPC_RMID, &buf2);160     del_sem(semid);161     return 0;162 }

client.c

  1 #include<stdio.h>  2 #include<stdlib.h>  3 #include<sys/shm.h>  // shared memory  4 #include<sys/sem.h>  // semaphore  5 #include<sys/msg.h>  // message queue  6 #include<string.h>   // memcpy  7   8 // 消息队列结构  9 struct msg_form { 10     long mtype; 11     char mtext; 12 }; 13  14 // 联合体,用于semctl初始化 15 union semun 16 { 17     int              val; /*for SETVAL*/ 18     struct semid_ds *buf; 19     unsigned short  *array; 20 }; 21  22 // P操作: 23 //  若信号量值为1,获取资源并将信号量值-1  24 //  若信号量值为0,进程挂起等待 25 int sem_p(int sem_id) 26 { 27     struct sembuf sbuf; 28     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/ 29     sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/ 30     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO; 31  32     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1) 33     { 34         perror("P operation Error"); 35         return -1; 36     } 37     return 0; 38 } 39  40 // V操作: 41 //  释放资源并将信号量值+1 42 //  如果有进程正在挂起等待,则唤醒它们 43 int sem_v(int sem_id) 44 { 45     struct sembuf sbuf; 46     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/ 47     sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/ 48     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO; 49  50     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1) 51     { 52         perror("V operation Error"); 53         return -1; 54     } 55     return 0; 56 } 57  58  59 int main() 60 { 61     key_t key; 62     int shmid, semid, msqid; 63     char *shm; 64     struct msg_form msg; 65     int flag = 1; /*while循环条件*/ 66  67     // 获取key值 68     if((key = ftok(".", 'z')) < 0) 69     { 70         perror("ftok error"); 71         exit(1); 72     } 73  74     // 获取共享内存 75     if((shmid = shmget(key, 1024, 0)) == -1) 76     { 77         perror("shmget error"); 78         exit(1); 79     } 80  81     // 连接共享内存 82     shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0); 83     if((int)shm == -1) 84     { 85         perror("Attach Shared Memory Error"); 86         exit(1); 87     } 88  89     // 创建消息队列 90     if ((msqid = msgget(key, 0)) == -1) 91     { 92         perror("msgget error"); 93         exit(1); 94     } 95  96     // 获取信号量 97     if((semid = semget(key, 0, 0)) == -1) 98     { 99         perror("semget error");100         exit(1);101     }102     103     // 写数据104     printf("***************************************\n");105     printf("*                 IPC                 *\n");106     printf("*    Input r to send data to server.  *\n");107     printf("*    Input q to quit.                 *\n");108     printf("***************************************\n");109     110     while(flag)111     {112         char c;113         printf("Please input command: ");114         scanf("%c", &c);115         switch(c)116         {117             case 'r':118                 printf("Data to send: ");119                 sem_p(semid);  /*访问资源*/120                 scanf("%s", shm);121                 sem_v(semid);  /*释放资源*/122                 /*清空标准输入缓冲区*/123                 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);124                 msg.mtype = 888;  125                 msg.mtext = 'r';  /*发送消息通知服务器读数据*/126                 msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);127                 break;128             case 'q':129                 msg.mtype = 888;130                 msg.mtext = 'q';131                 msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);132                 flag = 0;133                 break;134             default:135                 printf("Wrong input!\n");136                 /*清空标准输入缓冲区*/137                 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);138         }139     }140 141     // 断开连接142     shmdt(shm);143 144     return 0;145 }

注意:当scanf()输入字符或字符串时,缓冲区中遗留下了\n,所以每次输入操作后都需要清空标准输入的缓冲区。但是由于 gcc 编译器不支持fflush(stdin)(它只是标准C的扩展),所以我们使用了替代方案:

1 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);

参考资料:http://songlee24.github.io/2015/04/21/linux-IPC/

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关于作者

    白红宇是个全栈工程师,前端vue,小程序,app开发到后端框架设计,数据库设计,环境部署上线运维。

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