进程间的七种通信方式介绍
******************进程间通信**********************
进程间的7种通信方式
传统的通信方式：
- 有名管道
- 无名管道
- 信号
IPC通信:
- 消息队列
- 共享内存
- 信号灯
BSD:
- socket
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：
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。
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）。
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：
图片.png
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：
图片.png
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。
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
int fd[2]; // 两个文件描述符
pid_t pid;
char buff[20];
if(pipe(fd) < 0) // 创建管道
printf("Create Pipe Error!\n");
if((pid = fork()) < 0) // 创建子进程
printf("Fork Error!\n");
else if(pid > 0) // 父进程
{
close(fd[0]); // 关闭读端
write(fd[1], "hello world\n", 12);
sleep(1); //wait for child process is created.
}
else
{
close(fd[1]); // 关闭写端
read(fd[0], buff, 20);
printf("%s", buff);
}
return 0;
}
二、FIFO
FIFO，也称为命名管道，它是一种文件类型。
1、特点
FIFO可以在无关的进程之间交换数据，与无名管道不同。
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-1
3 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
参数：
pathname：FIFO的路径名+文件名。
mode：mode_t类型的权限描述符，同open的参数。
返回值：
成功：返回0
失败：如果文件已经存在，则会出错且返回-1。
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：
默认若没有指定
O_NONBLOCK，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
#include<fcntl.h> // O_WRONLY
#include<sys/stat.h>
#include<time.h> // time
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
int fd;
int n, i;
char buf[1024];
time_t tp;
printf("I am %d process.\n", getpid()); // 说明进程ID
if((fd = open("fifo1", O_WRONLY)) < 0) // 以写打开一个FIFO
{
perror("Open FIFO Failed");
exit(1);
}
for(i=0; i<10; ++i)
{
time(&tp); // 取系统当前时间
n=sprintf(buf,"Process %d's time is %s",getpid(),ctime(&tp));
printf("Send message: %s", buf); // 打印
if(write(fd, buf, n+1) < 0) // 写入到FIFO中
{
perror("Write FIFO Failed");
close(fd);
exit(1);
}
sleep(1); // 休眠1秒
}
close(fd); // 关闭FIFO文件
return 0;
}
read_fifo.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
int fd;
int len;
char buf[1024];
if(mkfifo("fifo1", 0666) < 0 && errno!=EEXIST) // 创建FIFO管道，当前目录下生成fifo1文件
perror("Create FIFO Failed");
if((fd = open("fifo1", O_RDONLY)) < 0) // 以读打开FIFO
{
perror("Open FIFO Failed");
exit(1);
}
while((len = read(fd, buf, 1024)) > 0) // 读取FIFO管道
printf("Read message: %s", buf);
close(fd); // 关闭FIFO文件
return 0;
}
也可以修改为非阻塞读的方式，但这样会把cpu耗掉
if((fd = open("fifo1", O_RDONLY|O_NONBLOCK)) < 0) // 以读打开FIFO
{
perror("Open FIFO Failed");
exit(1);
}
while (1) {
while ((len = read(fd, buf, 1024)) > 0) // 读取FIFO管道
printf("Read message: %s", buf);
}
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：
先启动read_fifo，会在当前目录下生成fifo1文件
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 59
54'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 2015
10 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:35 2015
11 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:36 2015
12 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 2015
10 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:36 2015
11 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：
图片.png
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
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。
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。
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-1
3 int msgget(key_t key, int flag);
4 // 添加消息：成功返回0，失败返回-1
5 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-1
7 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-1
9 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
ftok函数：系统建立IPC通讯（如消息队列、共享内存时）必须指定一个ID值。通常情况下，该id值通过ftok函数得到。
ftok原型如下：key_t ftok( char * fname, int id )
fname就时你指定的文件名(该文件必须是存在而且可以访问的)，id是子序号，虽然为int，但是只有8个比特被使用(0-255)。
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
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/msg.h>
#include <unistd.h>
// 用于创建一个唯一的key
#define MSG_FILE "/etc/passwd"
// 消息结构
struct msg_form {
long mtype;
char mtext[256];
};
int main()
{
int msqid;
key_t key;
struct msg_form msg;
// 获取key值
if((key = ftok(MSG_FILE,'z')) < 0)
{
perror("ftok error");
exit(1);
}
// 打印key值
printf("Message Queue - Server key is: %d.\n", key);
// 创建消息队列
if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
{
perror("msgget error");
exit(1);
}
// 打印消息队列ID及进程ID
printf("My msqid is: %d.\n", msqid);
printf("My pid is: %d.\n", getpid());
// 循环读取消息
for(;;)
{
msgrcv(msqid, &msg, 256, 888, 0);// 返回类型为888的第一个消息，阻塞方式
printf("Server: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext);
printf("Server: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype);
msg.mtype = 999; // 客户端接收的消息类型
sprintf(msg.mtext, "hello, I'm server %d", getpid());
msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
}
return 0;
}
msg_client.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/msg.h>
#include <unistd.h>
// 用于创建一个唯一的key
#define MSG_FILE "/etc/passwd"
// 消息结构
struct msg_form {
long mtype;
char mtext[256];
};
int main()
{
int msqid;
key_t key;
struct msg_form msg;
// 获取key值
if ((key = ftok(MSG_FILE, 'z')) < 0)
{
perror("ftok error");
exit(1);
}
// 打印key值
printf("Message Queue - Client key is: %d.\n", key);
// 打开消息队列
if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
{
perror("msgget error");
exit(1);
}
// 打印消息队列ID及进程ID
printf("My msqid is: %d.\n", msqid);
printf("My pid is: %d.\n", getpid());
// 添加消息，类型为888
while (1) {
msg.mtype = 888;
sprintf(msg.mtext, "hello, I'm client %d", getpid());
msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
// 读取类型为777的消息
msgrcv(msqid, &msg, 256, 999, 0);
printf("Client: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext);
printf("Client: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype);
sleep(1);
}
return 0;
}
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。
信号量的工作原理：
- 若此信号量的值为正，则进程可以使用该资源。进程将信号量值减1,，表示一个资源被使用。
- 若此信号量的值为0，则进程进入休眠状态，直至信号量值大于0，进程被唤醒，从新进入第1步。
- 当进程不再使用由一个信号控制的共享资源时，该信号量值增1，如果有进程正在休眠等待该信号量，则会被唤
1、特点
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。
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。
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。
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-1
3 int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
//参数：key-->信号集的名字
//nsems：信号集中信号量的个数
//semflg：由九个权限构成，用法和创建文件时使用的mode模式一样
//返回值：成功返回一个非负整数，即该信号集的标识码；失败返回-1
// 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-1
int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);
//参数：
//semid:semget函数返回值（信号量的标识码）
//sops：是指向一个结构数值的指针
//nsops：信号量的个数
//返回值：成功返回0，失败返回-1
// 控制信号量的相关信息
int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);
//参数：
//semid:mesget返回的信号集标识码
//semnum：信号集中信号量的序号
//cmd：将要采取的动作（有三个取值）
前两个参数与前面一个函数中的一样，command通常是下面两个值中的其中一个
SETVAL：用来把信号量初始化为一个已知的值。p 这个值通过union semun中的val成员设置，其作用是在信号量第一次使用前对它进行设置。
IPC_RMID：用于删除一个已经无需继续使用的信号量标识符。
//如果有第四个参数，它通常是一个union semum结构，定义如下：
union semun{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *arry;
};
//返回值：成功返回0；失败返回-1
图片.png
当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 。
在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-1
4 short sem_op; // 信号量值在一次操作中的改变量
5 short sem_flg; // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
6 }
其中 sem_op 是一次操作中的信号量的改变量：
若
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。-
若
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：- 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；
- 此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
- 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_flg 指定
-
若
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：- 信号量值为0，将信号量的semzcnt的值减1，函数semop成功返回；
- 此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
- 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
- sem_flg指定
在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
sem_server.cpp
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/sem.h>
// 联合体，用于semctl初始化
union semun
{
int val; /*for SETVAL*/
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
};
/*semctl参数：
第一个参数semid:mesget返回的信号集标识码
第二个参数semnum：信号集中信号量的序号
第三个参数cmd：将要采取的动作
前两个参数与前面一个函数中的一样，cmd通常是下面两个值中的其中一个
SETVAL：用来把信号量初始化为一个已知的值。p 这个值通过union semun中的val成员设置，其作用是在信号量第一次使用前对它进行设置。
IPC_RMID：用于删除一个已经无需继续使用的信号量标识符。
//如果有第四个参数，它通常是一个union semum结构，定义如下：
union semun{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *arry;
};
//返回值：成功返回0；失败返回-1
*/
int init_sem(int sem_id, int value)
{
union semun tmp;
tmp.val = value;
if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)
{
perror("Init Semaphore Error");
return -1;
}
return 0;
}
// P操作:
// 若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1
// 若信号量值为0，进程挂起等待，等待>0后进程唤醒，-1
int sem_p(int sem_id)
{
struct sembuf sbuf;
sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
{
perror("P operation Error");
return -1;
}
return 0;
}
// V操作：
// 释放资源并将信号量值+1
// 如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
int sem_v(int sem_id)
{
struct sembuf sbuf;
sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
sbuf.sem_op = 1; /*V操作*/
sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
{
perror("V operation Error");
return -1;
}
return 0;
}
// 删除信号量集
int del_sem(int sem_id)
{
union semun tmp;
if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1)
{
perror("Delete Semaphore Error");
return -1;
}
return 0;
}
int main()
{
int sem_id; // 信号量集ID
key_t key;
pid_t pid;
// 获取key值
if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
{
perror("ftok error");
exit(1);
}
printf("key=%d\n", key);
// 创建信号量集，其中只有一个信号量
if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1)
{
perror("semget error");
exit(1);
}
printf("sem_id=%d\n", sem_id);
// 初始化：初值设为0资源被占用
init_sem(sem_id, 0);
while (1) {
sem_p(sem_id); /*=0等待资源，当>0唤醒并-1*/
printf("Process father: pid=%d,semid=%d\n", getpid(),sem_id);
//sem_v(sem_id); /*释放资源*/
}
del_sem(sem_id); /*删除信号量集*/
return 0;
}
sem_client.cpp
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/sem.h>
// 联合体，用于semctl初始化
union semun
{
int val; /*for SETVAL*/
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
};
// 初始化信号量
int init_sem(int sem_id, int value)
{
union semun tmp;
tmp.val = value;
if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)
{
perror("Init Semaphore Error");
return -1;
}
return 0;
}
// P操作:
// 若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1
// 若信号量值为0，进程挂起等待
int sem_p(int sem_id)
{
struct sembuf sbuf;
sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
{
perror("P operation Error");
return -1;
}
return 0;
}
// V操作：
// 释放资源并将信号量值+1
// 如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
int sem_v(int sem_id)
{
struct sembuf sbuf;
sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
sbuf.sem_op = 1; /*V操作*/
sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
{
perror("V operation Error");
return -1;
}
return 0;
}
// 删除信号量集
int del_sem(int sem_id)
{
union semun tmp;
if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1)
{
perror("Delete Semaphore Error");
return -1;
}
return 0;
}
int main()
{
int sem_id; // 信号量集ID
key_t key;
pid_t pid;
// 获取key值
if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
{
perror("ftok error");
exit(1);
}
printf("key=%d\n", key);
// 创建信号量集，其中只有一个信号量
if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1)
{
perror("semget error");
exit(1);
}
printf("sem_id=%d\n", sem_id);
// 初始化：初值设为0资源被占用
init_sem(sem_id, 0);
while (1) {
sleep(2);
printf("Process child: pid=%d\n", getpid());
sem_v(sem_id); /*释放资源*/
}
return 0;
}
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
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。
因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步。
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-1
3 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-1
5 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-1
7 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-1
9 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
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/shm.h> // shared memory
#include<sys/sem.h> // semaphore
#include<sys/msg.h> // message queue
#include<string.h> // memcpy
// 消息队列结构
struct msg_form {
long mtype;
char mtext;
};
// 联合体，用于semctl初始化
union semun
{
int val; /*for SETVAL*/
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
};
// 初始化信号量
int init_sem(int sem_id, int value)
{
union semun tmp;
tmp.val = value;
if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)
{
perror("Init Semaphore Error");
return -1;
}
return 0;
}
// P操作:
// 若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1
// 若信号量值为0，进程挂起等待
int sem_p(int sem_id)
{
struct sembuf sbuf;
sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
{
perror("P operation Error");
return -1;
}
return 0;
}
// V操作：
// 释放资源并将信号量值+1
// 如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
int sem_v(int sem_id)
{
struct sembuf sbuf;
sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
sbuf.sem_op = 1; /*V操作*/
sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
{
perror("V operation Error");
return -1;
}
return 0;
}
// 删除信号量集
int del_sem(int sem_id)
{
union semun tmp;
if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1)
{
perror("Delete Semaphore Error");
return -1;
}
return 0;
}
// 创建一个信号量集
int creat_sem(key_t key)
{
int sem_id;
if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1)
{
perror("semget error");
exit(-1);
}
init_sem(sem_id, 1); /*初值设为1资源未占用*/
return sem_id;
}
int main()
{
key_t key;
int shmid, semid, msqid;
char *shm;
char data[] = "this is server";
struct shmid_ds buf1; /*用于删除共享内存*/
struct msqid_ds buf2; /*用于删除消息队列*/
struct msg_form msg; /*消息队列用于通知对方更新了共享内存*/
// 获取key值
if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
{
perror("ftok error");
exit(1);
}
// 创建共享内存
if((shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT|0666)) == -1)
{
perror("Create Shared Memory Error");
exit(1);
}
// 连接共享内存
shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0);
if((int)shm == -1)
{
perror("Attach Shared Memory Error");
exit(1);
}
// 创建消息队列
if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
{
perror("msgget error");
exit(1);
}
// 创建信号量
semid = creat_sem(key);
// 读数据
while(1)
{
msgrcv(msqid, &msg, 1, 888, 0); /*读取类型为888的消息*/
if(msg.mtext == 'q') /*quit - 跳出循环*/
break;
if(msg.mtext == 'r') /*read - 读共享内存*/
{
sem_p(semid);
printf("%s\n",shm);
sem_v(semid);
}
}
// 断开连接
shmdt(shm);
/*删除共享内存、消息队列、信号量*/
shmctl(shmid, IPC_RMID, &buf1);
msgctl(msqid, IPC_RMID, &buf2);
del_sem(semid);
return 0;
}
client.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/shm.h> // shared memory
#include<sys/sem.h> // semaphore
#include<sys/msg.h> // message queue
#include<string.h> // memcpy
// 消息队列结构
struct msg_form {
long mtype;
char mtext;
};
// 联合体，用于semctl初始化
union semun
{
int val; /*for SETVAL*/
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
};
// P操作:
// 若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1
// 若信号量值为0，进程挂起等待
int sem_p(int sem_id)
{
struct sembuf sbuf;
sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
{
perror("P operation Error");
return -1;
}
return 0;
}
// V操作：
// 释放资源并将信号量值+1
// 如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
int sem_v(int sem_id)
{
struct sembuf sbuf;
sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
sbuf.sem_op = 1; /*V操作*/
sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
{
perror("V operation Error");
return -1;
}
return 0;
}
int main()
{
key_t key;
int shmid, semid, msqid;
char *shm;
struct msg_form msg;
int flag = 1; /*while循环条件*/
// 获取key值
if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
{
perror("ftok error");
exit(1);
}
// 获取共享内存
if((shmid = shmget(key, 1024, 0)) == -1)
{
perror("shmget error");
exit(1);
}
printf("shmid=%d\n",shmid);
// 连接共享内存
shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0);
printf("shm addr=%d\n",shm);
if((int)shm == -1)
{
perror("Attach Shared Memory Error");
exit(1);
}
// 创建消息队列
if ((msqid = msgget(key, 0)) == -1)
{
perror("msgget error");
exit(1);
}
printf("msqid=%d\n",msqid);
// 获取信号量
if((semid = semget(key, 0, 0)) == -1)
{
perror("semget error");
exit(1);
}
printf("semid=%d\n",semid);
// 写数据
printf("***************************************\n");
printf("* IPC *\n");
printf("* Input r to send data to server. *\n");
printf("* Input q to quit. *\n");
printf("***************************************\n");
while(flag)
{
char c;
printf("Please input command: ");
scanf("%c", &c);
switch(c)
{
case 'r':
printf("Data to send: ");
sem_p(semid); /*访问资源*/
scanf("%s", shm);
sem_v(semid); /*释放资源*/
/*清空标准输入缓冲区*/
while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);
msg.mtype = 888;
msg.mtext = 'r'; /*发送消息通知服务器读数据*/
msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
break;
case 'q':
msg.mtype = 888;
msg.mtext = 'q';
msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
flag = 0;
break;
default:
printf("Wrong input!\n");
/*清空标准输入缓冲区*/
while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);
}
}
// 断开连接
shmdt(shm);
return 0;
}
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);
五种通讯方式总结
1.管道：速度慢，容量有限，只有父子进程能通讯
2.FIFO：任何进程间都能通讯，但速度慢
3.消息队列：容量受到系统限制，且要注意第一次读的时候，要考虑上一次没有读完数据的问题
4.信号量：不能传递复杂消息，只能用来同步
5.共享内存区：能够很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一个进程在写的时候，另一个进程要注意读写的问题，相当于线程中的线程安全，当然，共享内存区同样可以用作线程间通讯，不过没这个必要，线程间本来就已经共享了同一进程内的一块内存
