IPC(进程间通信方式的介绍)
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。
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：
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 else
- 21 {
- 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
-
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);
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ID
- 15
- 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FIFO
- 17 {
- 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：
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
-
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);
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ID
- 38 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ID
- 38 printf("My msqid is: %d.\n", msqid);
- 39 printf("My pid is: %d.\n", getpid());
- 40
- 41 // 添加消息，类型为888
- 42 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
-
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);
- 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-1
- 5 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, ...);
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：
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。<ul><li>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。</li> <li>当相应的资源数不能满足请求时，这个操作与<code>sem_flg</code>有关。 <ul><li>sem_flg 指定<code>IPC_NOWAIT</code>，则semop函数出错返回<code>EAGAIN</code>。</li> <li>sem_flg 没有指定<code>IPC_NOWAIT</code>，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： <ol><li>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；</li> <li>此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；</li> <li>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</li> </ol></li> </ul></li> </ul></li> <li> <p>若<code>sem_op == 0</code>，进程阻塞直到信号量的相应值为0：</p> <ul><li>当信号量已经为0，函数立即返回。</li> <li>如果信号量的值不为0，则依据<code>sem_flg</code>决定函数动作： <ul><li>sem_flg指定<code>IPC_NOWAIT</code>，则出错返回<code>EAGAIN</code>。</li> <li>sem_flg没有指定<code>IPC_NOWAIT</code>，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： <ol><li>信号量值为0，将信号量的semzcnt的值减1，函数semop成功返回；</li> <li>此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；</li> <li>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</li> </ol></li> </ul></li> </ul></li>
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
- 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
-
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
- 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);
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
补充：
套接字通信
套接字( socket ) ： 套接口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信。
之前写过一个课程设计：基于Internet的Linux客户机/服务器系统通讯设计与实现
是利用sock通信实现的，可以参考一下。
通信过程如下：
8.1命名socket
SOCK_STREAM 式本地套接字的通信双方均需要具有本地地址，其中服务器端的本地地址需要明确指定，指定方法是使用 struct sockaddr_un 类型的变量。
8.2 绑定
SOCK_STREAM 式本地套接字的通信双方均需要具有本地地址，其中服务器端的本地地址需要明确指定，指定方法是使用 struct sockaddr_un 类型的变量，将相应字段赋值，再将其绑定在创建的服务器套接字上，绑定要使用 bind 系统调用，其原形如下：
int bind(int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len);
其中 socket表示服务器端的套接字描述符，address 表示需要绑定的本地地址，是一个 struct sockaddr_un 类型的变量，address_len 表示该本地地址的字节长度。
8.3 监听
服务器端套接字创建完毕并赋予本地地址值（名称，本例中为Server Socket）后，需要进行监听，等待客户端连接并处理请求，监听使用 listen 系统调用，接受客户端连接使用accept系统调用，它们的原形如下：
- int listen(int socket, int backlog);
-
- int accept(int socket, struct sockaddr *address, size_t *address_len);
- 1
- 2
- 3
其中 socket 表示服务器端的套接字描述符；backlog 表示排队连接队列的长度（若有多个客户端同时连接，则需要进行排队）；address 表示当前连接客户端的本地地址，该参数为输出参数，是客户端传递过来的关于自身的信息；address_len 表示当前连接客户端本地地址的字节长度，这个参数既是输入参数，又是输出参数。
8.4 连接服务器
客户端套接字创建完毕并赋予本地地址值后，需要连接到服务器端进行通信，让服务器端为其提供处理服务。
对于SOCK_STREAM类型的流式套接字，需要客户端与服务器之间进行连接方可使用。连接要使用 connect 系统调用，其原形为
int connect(int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len);- 1
其中socket为客户端的套接字描述符，address表示当前客户端的本地地址，是一个 struct sockaddr_un 类型的变量，address_len 表示本地地址的字节长度。实现连接的代码如下：
connect(client_sockfd, (struct sockaddr*)&client_address, sizeof(client_address));- 1
8.5 相互发送接收数据
无论客户端还是服务器，都要和对方进行数据上的交互，这种交互也正是我们进程通信的主题。一个进程扮演客户端的角色，另外一个进程扮演服务器的角色，两个进程之间相互发送接收数据，这就是基于本地套接字的进程通信。发送和接收数据要使用 write 和 read 系统调用，它们的原形为：
- int read(int socket, char *buffer, size_t len);
- int write(int socket, char *buffer, size_t len);
- 1
- 2
其中 socket 为套接字描述符；len 为需要发送或需要接收的数据长度；
对于 read 系统调用，buffer 是用来存放接收数据的缓冲区，即接收来的数据存入其中，是一个输出参数；
对于 write 系统调用，buffer 用来存放需要发送出去的数据，即 buffer 内的数据被发送出去，是一个输入参数；返回值为已经发送或接收的数据长度。
8.6 断开连接
交互完成后，需要将连接断开以节省资源，使用close系统调用，其原形为：
转载自 http://www.cnblogs.com/CheeseZH/p/5264465.html