day_13_管道、共享內存、消息隊列

一、使用管道實現進程間的通信

1.1 基本概念

  管道本質上還是以文件作爲媒介，只是該文件比較特殊，叫做管道文件而已；
  管道主要分爲兩大類：有名管道 和 無名管道；
    有名管道 - - - - - - 可以用於任意兩個進程間的通信
    無名管道 - - - - - - 主要用於父子進程之間的通信

1.2 使用有名管道實現進程間的通信

  $ mkfifo xxx.pipe：表示創建管道文件
如：
  $ touch a.txt      => 創建普通文件a.txt，ls -l該文件的類型是-
  $ echo hello > a.txt  => 表示寫入hello到文件a.txt中，可以寫入，文件大小改變
  $ cat a.txt        => 表示查看文件a.txt中的內容，可以看到寫入的hello
  $ mkfifo a.pipe     => 創建管道文件a.pipe，ls -l該文件的類型是p
  $ echo hello > a.pipe =>表示寫入hello到文件a.pipe中，不可以寫入，大小不變
另起一個終端，執行命令：
  $ cat a.pipe      => 表示讀取文件a.pipe中的內容，可以看到hello
               => 但是文件本身的大小還是不變；

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);  //mode_t = unsigned int;

功能：

主要用於創建參數指定的有名管道文件；

參數：

第一個參數：字符串形式的路徑名；
第二個參數：具體的權限信息，如：0664；

1.3 使用無名管道實現進程間的通信

#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]);

功能：

主要用於創建一個無名管道，是一個單向的數據通道，可以實現兩個進程之間的通信；
通過參數數組可以返回兩個文件描述符，其中pipefd[0]代表管道的讀端，pipefd[1]代表管道的寫端；

注意：

管道文件的特殊性就在於僅僅作爲兩個進程間通信的媒介，但是該文件本身並不會存儲任何數據內容；

---

二、使用共享內存實現進程間的通信

2.1 基本概念

  共享內存本質上就是一塊由系統內核維護的內存空間，該內存空間被共享在兩個進程之間，從而通過讀寫實現通信；

2.2 通信模型

 （1）獲取key值，使用ftok()；
 （2）創建 / 獲取共享內存，使用shmget()；
 （3）掛接共享內存，使用shmat()；
 （4）訪問共享內存；
 （5）脫接共享內存，使用shmdt()；
 （6）如果不再使用，則刪除共享內存，使用shmctl()；

2.3 相關函數的解析

（1）ftok()

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);  //key_t = int;

功能：

主要用於根據路徑名和項目的編號來生成key值；

參數：

第一個參數：字符串形式的路徑名；（要求文件必須存在，並且可以訪問）
第二個參數：項目的編號；（要求必須是非0，取低八位二進制位）

返回值：

success —- key_t類型的key值，error —- -1；

注意：

使用相同的文件路徑和相同的項目編號時，生成的key值也相同；

（2）shmget()

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

功能：

主要用於創建 / 獲取一個共享內存段；

參數：

第一個參數：key值，ftok()的返回值；
第二個參數：共享內存的大小；
  0 - - - - - - - - - - - - - - - 獲取已經存在的共享內存
第三個參數：具體的操作標誌；
  IPC_CREAT - - - - - - 若存在則創建，存在則打開
  IPC_EXCL - - - - - - - 與IPC_CREAT搭配使用，若存在則創建失敗
  0 - - - - - - - - - - - - - - -獲取已經存在的共享內存

返回值：

success —- 共享內存的ID，error —- -1；

注意：

當創建新的共享內存時，需要在第三個參數中通過按位或的方式來指定權限信息，如：0664；

（3）shmat()

#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

功能：

主要用於掛接共享內存到當前進程的地址空間中；

參數：

第一個參數：共享內存的ID，shmget()的返回值；
第二個參數：共享內存的起始地址，給NULL由系統選擇；
第三個參數：具體的操作標誌，默認給0即可；

返回值：

success —- 共享內存段的掛接地址，error —- (void*)-1；

（4）shmdt()

#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
int shmdt(const void *shmaddr);

功能：

主要用於脫接參數指定的掛接地址，參數一般傳遞shmat()的返回值；

（5）shmctl()

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

功能：

主要用於對指定的共享內存執行指定的操作；

參數：

第一個參數：共享內存的ID，shmget()的返回值；
第二個參數：具體的操作命令；
  IPC_RMID - - - - - 刪除共享內存，此時第三個參數給NULL即可
第三個參數：結構體指針

2.4 常見的基本命令

  $ ipcs -m - - - - - - - - - - - - - - - - - 表示查看系統中已經存在的共享內存
  $ ipcrm -m 共享內存的ID - - - – 表示刪除指定的共享內存

---

三、使用消息隊列實現進程間的通信

3.1 基本概念

  一般來說，首先將傳遞的數據打包成消息，然後使用兩個進程分別發送消息到消息隊列中 / 接收消息隊列中的消息，從而實現進程間的通信；

3.2 通信模型

 （1）獲取key值，使用ftok()；
 （2）創建 / 獲取消息隊列，使用msgget()；
 （3）發送消息到消息隊列 / 接收消息隊列中的消息，使用msgsnd() / msgrcv()；
 （4）如果不再使用，則刪除消息隊列，使用msgctl()；

3.3 相關函數的解析

（1）msgget()

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
int msgget(key_t key, int msgflg);

功能：

主要用於創建 / 獲取一個消息隊列；

參數：

第一個參數：key值，ftok()的返回值；
第二個參數：具體的操作標誌；
  IPC_CREAT - - - - - - 若不存在則創建，存在則打開；
  IPC_EXCL - - - - - - - 與IPC_CREAT搭配使用，若存在則創建失敗
  0 - - - - - - - - - - - - - – 獲取已經存在的消息隊列

返回值：

success —- 消息隊列的ID，error —- -1；

注意：

當創建新的消息隊列時，在第二個參數中需要通過按位或的方式來指定權限信息，如：0664；

（2）msgsnd()

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

功能：

主要用於將指定的消息發送到指定的消息隊列中；

參數：

第一個參數：消息隊列的ID，msgget()的返回值；
第二個參數：消息的首地址，消息的一般格式如下：

struct msgbuf
{
    long mtype;       /* 消息的類型，必須大於0 */
    char mtext[1];    /* 消息的內容，可以是其他類型 */
};

   第三個參數：消息的大小；（用於指定消息內容的大小，不包括消息的類型）
   第四個參數：發送的標誌，默認給0即可；

（3）msgrcv()

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
/* ssize_t = long int; size_t = long unsigned int */

功能：

主要用於從指定的消息隊列中接收指定的消息；

參數：

第一個參數：消息隊列的ID，msgget()的返回值；
第二個參數：存放信息的首地址；
第三個參數：消息的大小；（用於指定消息內容的大小，不包括消息的類型）
第四個參數：消息的類型；
  0 - - - - - - - 表示始終讀取消息隊列中的第一個消息
  >0 - - - - - - 表示始終讀取消息隊列中第一個類型爲msgtyp的消息
  <0 - - - - - - 表示讀取消息隊列中小於等於msgtyp絕對值的消息，其中最小的類型優先讀取
第五個參數：具體的接收方式，默認給0即可；

返回值：

success —- 實際讀取的字節數，error —- -1；

（4）msgctl()

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

功能：

主要用於刪除消息隊列；

參數：

第一個參數：消息隊列的ID；
第二個參數：具體的操作命令；
  IPC_RMID - - - - - - - - 刪除消息隊列，此時第三個參數給NULL即可
第三個參數：結構體指針；

3.4 常見的基本命令

  $ ipcs -q - - - - - - - - - - - - - - - - - 表示查看系統中已經存在的消息隊列
  $ ipcrm -q 消息隊列的ID - - - – 表示刪除指定的消息隊列

明日預報：

（1）進程間的通信