Linux程序設(shè)計(jì)入門(mén)--消息管理

前言:Linux下的進(jìn)程通信(IPC)
Linux下的進(jìn)程通信(IPC)
POSIX無(wú)名信號(hào)量
System V信號(hào)量
System V消息隊(duì)列
System V共享內(nèi)存

1。POSIX無(wú)名信號(hào)量 如果你學(xué)習(xí)過(guò)操作系統(tǒng),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(shí)間內(nèi),只能夠有一個(gè)進(jìn)程的代碼在CPU上面
執(zhí)行.在系統(tǒng)當(dāng)中,有時(shí)候?yàn)榱隧樌氖褂煤捅Ｗo(hù)共享資源,大家提出了信號(hào)的概念. 假設(shè)
我們要使用一臺(tái)打印機(jī),如果在同一時(shí)刻有兩個(gè)進(jìn)程在向打印機(jī)輸出,那么最終的結(jié)果會(huì)
是什么呢.為了處理這種情況,POSIX標(biāo)準(zhǔn)提出了有名信號(hào)量和無(wú)名信號(hào)量的概念,由于Li
nux只實(shí)現(xiàn)了無(wú)名信號(hào)量,我們?cè)谶@里就只是介紹無(wú)名信號(hào)量了. 信號(hào)量的使用主要是用
來(lái)保護(hù)共享資源,使的資源在一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)進(jìn)程所擁有.為此我們可以使用一個(gè)信號(hào)
燈.當(dāng)信號(hào)燈的值為某個(gè)值的時(shí)候,就表明此時(shí)資源不可以使用.否則就表>示可以使用.
為了提供效率,系統(tǒng)提供了下面幾個(gè)函數(shù)
POSIX的無(wú)名信號(hào)量的函數(shù)有以下幾個(gè):
#include <semaphore.h> 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(chuàng)建一個(gè)信號(hào)燈,并初始化其值為value.pshared決定了信號(hào)量能否在幾個(gè)進(jìn)程
間共享.由于目前Linux還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間共享信號(hào)燈,所以這個(gè)值只能夠取0. sem_dest
roy是用來(lái)刪除信號(hào)燈的.sem_wait調(diào)用將阻塞進(jìn)程,直到信號(hào)燈的值大于0.這個(gè)函數(shù)返回
的時(shí)候自動(dòng)的將信號(hào)燈的值的件一.sem_post和sem_wait相反,是將信號(hào)燈的內(nèi)容加一同
時(shí)發(fā)出信號(hào)喚醒等待的進(jìn)程..sem_trywait和sem_wait相同,不過(guò)不阻塞的,當(dāng)信號(hào)燈的值
為0的時(shí)候返回EAGAIN,表示以后重試.sem_getvalue得到信號(hào)燈的值.
由于Linux不支持,我們沒(méi)有辦法用源程序解釋了.
這幾個(gè)函數(shù)的使用相當(dāng)簡(jiǎn)單的.比如我們有一個(gè)程序要向一個(gè)系統(tǒng)打印機(jī)打印兩頁(yè).我們
首先創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)燈,并使其初始值為1,表示我們有一個(gè)資源可用.然后一個(gè)進(jìn)程調(diào)用se
m_wait由于這個(gè)時(shí)候信號(hào)燈的值為1,所以這個(gè)函數(shù)返回,打印機(jī)開(kāi)始打印了,同時(shí)信號(hào)燈
的值為0 了. 如果第二個(gè)進(jìn)程要打印,調(diào)用sem_wait時(shí)候,由于信號(hào)燈的值為0,資源不可
用,于是被阻塞了.當(dāng)?shù)谝粋€(gè)進(jìn)程打印完成以后,調(diào)用sem_post信號(hào)燈的值為1了,這個(gè)時(shí)候
系統(tǒng)通知第二個(gè)進(jìn)程,于是第二個(gè)進(jìn)程的sem_wait返回.第二個(gè)進(jìn)程開(kāi)始打印了.
不過(guò)我們可以使用線(xiàn)程來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題的.我們會(huì)在后面解釋什么是線(xiàn)程的.編譯包含上
面這幾個(gè)函數(shù)的程序要加上 -lrt選賢,以連接librt.so庫(kù)
2。System V信號(hào)量 為了解決上面哪個(gè)問(wèn)題,我們也可以使用System V信號(hào)量.很幸運(yùn)的
是Linux實(shí)現(xiàn)了System V信號(hào)量.這樣我們就可以用實(shí)例來(lái)解釋了. System V信號(hào)量的函
數(shù)主要有下面幾個(gè).
#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/sem.h> 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(gè)信號(hào) */ short sem_op; /* 進(jìn)行什么操作 */ short sem_flg; /* 操作的標(biāo)志 */ };
ftok函數(shù)是根據(jù)pathname和proj來(lái)創(chuàng)建一個(gè)關(guān)鍵字.semget創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量.成功時(shí)返回
信號(hào)的ID,key是一個(gè)關(guān)鍵字,可以是用ftok創(chuàng)建的也可以是IPC_PRIVATE表明由系統(tǒng)選用
一個(gè)關(guān)鍵字. nsems表明我們創(chuàng)建的信號(hào)個(gè)數(shù).semflg是創(chuàng)建的權(quán)限標(biāo)志,和我們創(chuàng)建一個(gè)
文件的標(biāo)志相同.
semctl對(duì)信號(hào)量進(jìn)行一系列的控制.semid是要操作的信號(hào)標(biāo)志,semnum是信號(hào)的個(gè)數(shù),cm
d是操作的命令.經(jīng)常用的兩個(gè)值是:SETVAL(設(shè)置信號(hào)量的值)和IPC_RMID(刪除信號(hào)燈).
arg是一個(gè)給cmd的參數(shù).
semop是對(duì)信號(hào)進(jìn)行操作的函數(shù).semid是信號(hào)標(biāo)志,spos是一個(gè)操作數(shù)組表明要進(jìn)行什么
操作,nspos表明數(shù)組的個(gè)數(shù). 如果sem_op大于0,那么操作將sem_op加入到信號(hào)量的值中
,并喚醒等待信號(hào)增加的進(jìn)程. 如果為0,當(dāng)信號(hào)量的值是0的時(shí)候,函數(shù)返回,否則阻塞直
到信號(hào)量的值為0. 如果小于0,函數(shù)判斷信號(hào)量的值加上這個(gè)負(fù)值.如果結(jié)果為0喚醒等待
信號(hào)量為0的進(jìn)程,如果小與0函數(shù)阻塞.如果大于0,那么從信號(hào)量里面減去這個(gè)值并返回
..
下面我們一以一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明這幾個(gè)函數(shù)的使用方法.這個(gè)程序用標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出來(lái)代替我
們用的打印機(jī).
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <limits.h> #include <errno.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/wait.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/sem.h> #define PERMS S_IRUSR|S_IWUSR void init_semaphore_struct(struct sembuf *sem,int semnum, int semop,int semflg) { /* 初始話(huà)信號(hào)燈結(jié)構(gòu) */ sem->sem_num=semnum; sem->sem_op=semop; sem->sem_flg=semflg; } int del_semaphore(int semid) { /* 信號(hào)燈并不隨程序的結(jié)束而被刪除,如果我們沒(méi)刪除的話(huà)(將1改為0) 可以用ipcs命令查看到信號(hào)燈,用ipcrm可以刪除信號(hào)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(tǒng)選擇一個(gè)關(guān)鍵字來(lái)創(chuàng)建 */ /* 創(chuàng)建以后信號(hào)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(kāi)始的時(shí)候有一個(gè)系統(tǒng)資源(一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)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(chuàng)建一個(gè)進(jìn)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(jìn)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(jìn)程反問(wèn)信號(hào)燈的時(shí)候,我們刪除了信號(hào)燈 */ while((wait(&status)==-1)&&(errno==EINTR)); /* 信號(hào)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); }
信號(hào)燈的主要用途是保護(hù)臨界資源(在一個(gè)時(shí)刻只被一個(gè)進(jìn)程所擁有).
3。SystemV消息隊(duì)列 為了便于進(jìn)程之間通信,我們可以使用管道通信 SystemV也提供了
一些函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的通信.這就是消息隊(duì)列.
#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h> 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(lèi)型 */ ....... /* 其他數(shù)據(jù)類(lèi)型 */ }
msgget函數(shù)和semget一樣,返回一個(gè)消息隊(duì)列的標(biāo)志.msgctl和semctl是對(duì)消息進(jìn)行控制
.. msgsnd和msgrcv函數(shù)是用來(lái)進(jìn)行消息通訊的.msgid是接受或者發(fā)送的消息隊(duì)列標(biāo)志.
msgp是接受或者發(fā)送的內(nèi)容.msgsz是消息的大小. 結(jié)構(gòu)msgbuf包含的內(nèi)容是至少有一個(gè)
為msgtype.其他的成分是用戶(hù)定義的.對(duì)于發(fā)送函數(shù)msgflg指出緩沖區(qū)用完時(shí)候的操作.
接受函數(shù)指出無(wú)消息時(shí)候的處理.一般為0. 接收函數(shù)msgtype指出接收消息時(shí)候的操作.

如果msgtype=0,接收消息隊(duì)列的第一個(gè)消息.大于0接收隊(duì)列中消息類(lèi)型等于這個(gè)值的第
一個(gè)消息.小于0接收消息隊(duì)列中小于或者等于msgtype絕對(duì)值的所有消息中的最小一個(gè)消
息. 我們以一個(gè)實(shí)例來(lái)解釋進(jìn)程通信.下面這個(gè)程序有server和client組成.先運(yùn)行服務(wù)
端后運(yùn)行客戶(hù)端.
服務(wù)端 server.c
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <errno.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/msg.h> #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(hù)端(client.c)
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <errno.h> #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h> #include <sys/stat.h> #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(wù)端創(chuàng)建的消息隊(duì)列最后沒(méi)有刪除,我們要使用ipcrm命令來(lái)刪除的.
4。SystemV共享內(nèi)存 還有一個(gè)進(jìn)程通信的方法是使用共享內(nèi)存.SystemV提供了以下幾個(gè)
函數(shù)以實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存.
#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> 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(méi)有什么好解釋的.size是共享內(nèi)存的大小. shmat是用來(lái)連接共享內(nèi)存
的.shmdt是用來(lái)斷開(kāi)共享內(nèi)存的.不要被共享內(nèi)存詞語(yǔ)嚇倒,共享內(nèi)存其實(shí)很容易實(shí)現(xiàn)和
使用的.shmaddr,shmflg我們只要用0代替就可以了.在使用一個(gè)共享內(nèi)存之前我們調(diào)用s
hmat得到共享內(nèi)存的開(kāi)始地址,使用結(jié)束以后我們使用shmdt斷開(kāi)這個(gè)內(nèi)存.
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <errno.h> #include <unistd.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> #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(gè)程序是父進(jìn)程將參數(shù)寫(xiě)入到共享內(nèi)存,然后子進(jìn)程把內(nèi)容讀出來(lái).最后我們要使用ip
crm釋放資源的.先用ipcs找出ID然后用ipcrm shm ID刪除.
后記:
進(jìn)程通信(IPC)是網(wǎng)絡(luò)程序的基礎(chǔ),在很多的網(wǎng)絡(luò)程序當(dāng)中會(huì)大量的使用進(jìn)程通信的概念
和知識(shí).其實(shí)進(jìn)程通信是一件非常復(fù)雜的事情,我在這里只是簡(jiǎn)單的介紹了一下.如果你想
學(xué)習(xí)進(jìn)程通信的詳細(xì)知識(shí),最好的辦法是自己不斷的寫(xiě)程序和看聯(lián)機(jī)手冊(cè).現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上有
了很多的知識(shí)可以去參考.可惜我看到的很多都是英文編寫(xiě)的.如果你找到了有中文的版
本請(qǐng)盡快告訴我.謝謝!

posted on 2008-04-16 09:11 RedLight 閱讀(320) 評(píng)論(0)  編輯 收藏 引用