在Linux中存在下面幾種進程間通信方式:
1.POSIX無名信號量
2.System V信號量
3.System V消息隊列
4.System V共享內存
5.管道(FIFO)
--------------------------------------------------------------------------------
1。POSIX無名信號量
如果你學習過操作系統,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斷的,在一定的時間內,只能夠有一個進程的代碼在CPU上面執行.在系統當中,有時候為了順利的使用和保護共享資源,大家提出了信號的概念. 假設我們要使用一臺打印機, 如果在同一時刻有兩個進程在向打印機輸出,那么最終的結果會是什么呢.為了處理這種情況,POSIX標準提出了有名信號量和無名信號量的概念,由于 Linux只實現了無名信號量,我們在這里就只是介紹無名信號量了. 信號量的使用主要是用來保護共享資源,使的資源在一個時刻只有一個進程所擁有.為此我們可以使用一個信號燈.當信號燈的值為某個值的時候,就表明此時資源不可以使用.否則就表>示可以使用. 為了提供效率,系統提供了下面幾個函數?
POSIX的無名信號量的函數有以下幾個:
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);
sem_init創建一個信號燈,并初始化其值為value.pshared決定了信號量能否在幾個進程間共享.由于目前Linux還沒有實現進程間共享信號燈,所以這個值只能夠取0.
sem_destroy是用來刪除信號燈的.
sem_wait調用將阻塞進程,直到信號燈的值大于0.這個函數返回的時候自動的將信號燈的值的件一.
sem_post和sem_wait相反,是將信號燈的內容加一同時發出信號喚醒等待的進程..
sem_trywait和sem_wait相同,不過不阻塞的,當信號燈的值為0的時候返回EAGAIN,表示以后重試.
sem_getvalue得到信號燈的值.
由于Linux不支持,我們沒有辦法用源程序解釋了.
2。System V信號量
信號燈的主要用途是保護臨界資源(在一個時刻只被一個進程所擁有). System V信號量的函數主要有下面幾個.
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;?
/*
?使用那一個信號?
*/
short
?sem_op;?
/*
?進行什么操作?
*/
short
?sem_flg;?
/*
?操作的標志?
*/
};
ftok函數是根據pathname和proj來創建一個關鍵字.
semget創建一個信號量.成功時返回信號的ID,key是一個關鍵字,可以是用ftok創建的也可以是IPC_PRIVATE表明由系統選用一個關鍵字. nsems表明我們創建的信號個數.semflg是創建的權限標志,和我們創建一個文件的標志相同.
semctl對信號量進行一系列的控制.semid是要操作的信號標志,semnum是信號的個數,cmd是操作的命令.經常用的兩個值是:SETVAL(設置信號量的值)和IPC_RMID(刪除信號燈).arg是一個給cmd的參數.
semop是對信號進行操作的函數.semid是信號標志,spos是一個操作數組表明要進行什么操作,nspos表明數組的個數. 如果 sem_op大于0,那么操作將sem_op加入到信號量的值中,并喚醒等待信號增加的進程. 如果為0,當信號量的值是0的時候,函數返回,否則阻塞直到信號量的值為0. 如果小于0,函數判斷信號量的值加上這個負值.如果結果為0喚醒等待信號量為0的進程,如果小與0函數阻塞.如果大于0,那么從信號量里面減去這個值并返回.
下面我們一以一個實例來說明這幾個函數的使用方法.
#define
?PERMS?S_IRUSR|S_IWUSR
void
?init_semaphore_struct(
struct
?sembuf?
*
sem,
int
?semnum,
int
?semop,
int
?semflg)
{
?
/*
?初始話信號燈結構?
*/
?sem
->
sem_num
=
semnum;
?sem
->
sem_op
=
semop;
?sem
->
sem_flg
=
semflg;
}
int
?del_semaphore(
int
?semid)
{
?
/*
?信號燈并不隨程序的結束而被刪除,如果我們沒刪除的話(將1改為0)
?可以用ipcs命令查看到信號燈,用ipcrm可以刪除信號燈的
?
*/
?
#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?表示由系統選擇一個關鍵字來創建??
*/
?
/*
?創建以后信號燈的初始值為0?
*/
?
if
((semid
=
semget(IPC_PRIVATE,
1
,PERMS))
==-
1
)
?{
??fprintf(stderr,
"
[%d]:Acess?Semaphore?Error:%s\n\a
"
,
??getpid(),strerror(errno));
??exit(
1
);
?}
?
/*
?semwait是要求資源的操作(-1)?
*/
?init_semaphore_struct(
&
semwait,
0
,
-
1
,
0
);
?
/*
?semsignal是釋放資源的操作(+1)?
*/
?init_semaphore_struct(
&
semsignal,
0
,
1
,
0
);
?
/*
?開始的時候有一個系統資源(一個標準錯誤輸出)?
*/
?
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
);
?}
?
/*
?創建一個進程鏈?
*/
?
for
(i
=
0
;i
<
n;i
++
)
??
if
(childpid
=
fork())?
break
;
?sprintf(buffer,
"
[i=%d]-->[Process=%d]-->[Parent=%d]-->[Child=%d]\n
"
,?i,getpid(),getppid(),childpid);
?c
=
buffer;
?
/*
?這里要求資源,進入原子操作?
*/
?
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,趕快釋放資源?
*/
??
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));
?}
?
/*
?不能夠在其他進程反問信號燈的時候,我們刪除了信號燈?
*/
?
while
((wait(
&
status)
==-
1
)
&&
(errno
==
EINTR));
?
/*
?信號燈只能夠被刪除一次的?
*/
?
if
(i
==
1
)
??
if
(del_semaphore(semid)
==-
1
)
?fprintf(stderr,
"
[%d]:Destroy?Semaphore?Error:%s\n\a
"
,?getpid(),strerror(errno));
?exit(
0
);
}
3。SystemV消息隊列
為了便于進程之間通信,我們可以使用管道通信 SystemV也提供了一些函數來實現進程的通信.這就是消息隊列.
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;???
/*
?消息類型?
*/
.?
/*
?其他數據類型?
*/
}
msgget函數和semget一樣,返回一個消息隊列的標志.
msgctl和semctl是對消息進行控制.
msgsnd和msgrcv函數是用來進行消息通訊的.msgid是接受或者發送的消息隊列標志. msgp是接受或者發送的內容.msgsz是消息的大小. 結構msgbuf包含的內容是至少有一個為msgtype.其他的成分是用戶定義的.對于發送函數msgflg指出緩沖區用完時候的操作.接受函數指出無消息時候的處理.一般為 0. 接收函數msgtype指出接收消息時候的操作.
如果msgtype=0,接收消息隊列的第一個消息.大于0接收隊列中消息類型等于這個值的第一個消息.小于0接收消息隊列中小于或者等于 msgtype絕對值的所有消息中的最小一個消息. 我們以一個實例來解釋進程通信.下面這個程序有server和client組成.先運行服務端后運行客戶端.
服務端 server.c
#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
);
}
--------------------------------------------------------------------------------
客戶端(client.c)
#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
);
}??
注意服務端創建的消息隊列最后沒有刪除,我們要使用ipcrm命令來刪除的.
4。SystemV共享內存
還有一個進程通信的方法是使用共享內存.SystemV提供了以下幾個函數以實現共享內存.
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沒有什么好解釋的.size是共享內存的大小.
shmat是用來連接共享內存的.shmdt是用來斷開共享內存的.
shmaddr,shmflg我們只要用0代替就可以了.在使用一個共享內存之前我們調用 shmat得到共享內存的開始地址,使用結束以后我們使用shmdt斷開這個內存.?
#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
);
?}?
}?
這個程序是父進程將參數寫入到共享內存,然后子進程把內容讀出來.最后我們要使用ipcrm釋放資源的.先用ipcs找出ID然后用ipcrm shm ID刪除.?
5、管道(FIFO)
管道有無名管道和有名管道兩種，無名管道一般在父子進程中使用。
無名管道的使用方法一般是：
#include?<unistd.h>
int?pipe(int?filedes[2]);
filedes[0]用于讀出數據，讀取時必須關閉寫入端，即close(filedes[1]);
filedes[1]用于寫入數據，寫入時必須關閉讀取端，即close(filedes[0])。
無名管道的使用方法是：
#include?<sys/types.h>
#include?<sys/stat.h>
int?mkfifo(const?char?*pathname,?mode_t?mode);
讀寫管道與讀寫文件的操作相同。