Linux-IPC

发表于 更新于

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、信号、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC

匿名管道

  • 半双工
  • 父子进程间通信

命名管道

是一种特殊文件，文件类型是p，存放于文件系统中

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anki@kong:~$ ls -l
total 124972
prwxrwxrwx 1 anki anki         0 Jan 29 22:54 ahhh
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#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
// 创建管道
// 成功返回0，出错返回-1
// pathname 管道名
// mode：和open中的mode相同
// O_NONBLOCK：只读open会阻塞等待写open，反之亦然
// O_NONBLOCK：
// 一个进程创建管道，然后open(pathname)
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const char *filename = "/home/anki/ahhh";

pid_t pid;
char buff[20];
// 创建父子进程
if((pid = fork()) < 0) {
    printf("Fork Error!\n");
} else if(pid > 0) {
    // 父进程创建fifo，并同时写数据
    int rs = mkfifo(filename, 0777);
    if (rs<0 && errno != EEXIST) {
        perror("create fifo error");
        exit(1);
    }
    int fd = open(filename, O_WRONLY);
    for (int i=0; i<10; i++) {
        write(fd, "hello world", sizeof("hello world"));
        sleep(1);
    }
    close(fd);
} else {
    // 子进程打开文件，读数据
    int fd=open(filename, O_RDONLY);
    if (fd<0) {
        perror("open fd failed");
        exit(1);
    }
    for (int i=0; i<10; i++) {
        int len=read(fd, buff, 20);
        cout << len << ":" << buff << endl;
    }
    close(fd);
}

消息队列

  • 存放在内核，由一个标识符来标识

  • 特点

    • 面向记录，具有特定格式和特定优先级
    • 独立于进程，不会因进程结束而消失
    • 可以FIFO，也可以随机读取
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#include <sys/msg.h>
// 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1
int msgget(key_t key, int flag);
// 添加消息：成功返回0，失败返回-1
int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);
// 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1
int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);
// 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
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const char *filename = "/home/anki/ahhhh";

pid_t pid;

key_t k = ftok(filename, 10);
if (k<0) {
    perror("ftok failed");
    exit(-1);
}

if((pid = fork()) < 0) {
    printf("Fork Error!\n");
} else if(pid > 0) {
    int msgId = msgget(k, IPC_CREAT|0777);
    if (msgId<0) {
        perror("msgget failed");
        exit(-1);
    }
    message mbuf;
    mbuf.mtype = 110;

    for (int i=0; i<10; i++) {
        sprintf(mbuf.mtext, "hello world for %d\n", i);
        msgsnd(msgId, &mbuf, sizeof(mbuf.mtext), 0);
    }
} else {
    int msgId = msgget(k, IPC_CREAT|0777);
    if (msgId<0) {
        perror("msgget failed");
        exit(-1);
    }
    message mbuf;
    msgrcv(msgId, &mbuf, 256, 110, 0);
    cout << mbuf.mtype << ":" << mbuf.mtext << endl;
}

信号量

  • 特点
    • 初始>0
    • 主要用于进程间的同步/互斥，和共享内存合用可以实现进程间信息通讯
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#include <sys/sem.h>
// 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
// key: 不同进程通过key获得同一个信号量
// num_sems: 申请的信号量的数量
// flag：访问权限
int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
// 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);  
// 控制信号量的相关信息
int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, union semun arg);

semop中，sembuf：

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struct sembuf {
    short sem_num; // 信号量组中对应的序号，0～num_sems-1
    short sem_op;  // 非零：信号量值在一次操作中的改变量,即所需要资源数，
                   // 为零：等待信号量值为0
    short sem_flg; // IPC_NOWAIT：申请不到资源的话直接失败，返回错误 EAGAIN
                   // SEM_UNDO：进程在结束时，自动归还申请的信号量
}

semctl中，arg:

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union semun {
    short val;             // SETVAL用的值
    struct semid_ds* buf;  // IPC_STAT、IPC_SET用的semid_ds结构
    unsigned short* array; // SETALL、GETALL用的数组值
    struct seminfo *buf;   // 为控制IPC_INFO提供的缓存
} arg;

cmd:
| cmd | 解释 |
| - | - |
| IPC_STAT| 从信号量集上检索semid_ds结构，并存到semun联合体参数的成员buf的地址中|
| IPC_SET| 设置一个信号量集合的semid_ds结构中ipc_perm域的值，并从semun的buf中取出值|
| IPC_RMID| 从内核中删除信号量集合|
| GETALL| 从信号量集合中获得所有信号量的值，并把其整数值存到semun联合体成员的一个指针数组中|
| GETNCNT| 返回当前等待资源的进程个数|
| GETPID| 返回最后一个执行系统调用semop()进程的PID|
| GETVAL| 返回信号量集合内单个信号量的值|
| GETZCNT| 返回当前等待100%资源利用的进程个数|
| SETALL| 与GETALL正好相反|
| SETVAL| 用联合体中val成员的值设置信号量集合中单个信号量的值|

共享内存

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#include <sys/shm.h>
// 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
// 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 。
int shmget(key_t key, size_t size, int flag);
// 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
// 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
void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);
// 断开与共享内存的连接：成功返回0，失败返回-1
// 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。
int shmdt(void *addr);
// 控制共享内存的相关信息：成功返回0，失败返回-1
// 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）
int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);

参考文章