進程間的五種通信方式介紹
來源:https://blog.csdn.net/wh_sjc/article/details/70283843
https://www.cnblogs.com/zgq0/p/8780893.html
進程間通信(IPC,InterProcess Communication)是指在不同進程之間傳播或交換信息。
IPC的方式通常有管道(包括無名管道和命名管道)、消息隊列、信號量、共享存儲、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主機上的兩個進程IPC。
以Linux中的C語言編程爲例。
一、管道
管道,通常指無名管道,是 UNIX 系統IPC最古老的形式。
1、特點:
-
它是半雙工的(即數據只能在一個方向上流動),具有固定的讀端和寫端。
-
它只能用於具有親緣關係的進程之間的通信(也是父子進程或者兄弟進程之間)。
-
它可以看成是一種特殊的文件,對於它的讀寫也可以使用普通的read、write 等函數。但是它不是普通的文件,並不屬於其他任何文件系統,並且只存在於內存中。
一、管道
管道,通常指無名管道,是 UNIX 系統IPC最古老的形式。
1、特點:
-
它是半雙工的(即數據只能在一個方向上流動),具有固定的讀端和寫端。
-
它只能用於具有親緣關係的進程之間的通信(也是父子進程或者兄弟進程之間)。
-
它可以看成是一種特殊的文件,對於它的讀寫也可以使用普通的read、write 等函數。但是它不是普通的文件,並不屬於其他任何文件系統,並且只存在於內存中。
2、原型:
1 #include <unistd.h>
2 int pipe(int fd[2]); // 返回值:若成功返回0,失敗返回-1
當一個管道建立時,它會創建兩個文件描述符:fd[0]
爲讀而打開,fd[1]
爲寫而打開。如下圖:
要關閉管道只需將這兩個文件描述符關閉即可。
3、例子
單個進程中的管道幾乎沒有任何用處。所以,通常調用 pipe 的進程接着調用 fork,這樣就創建了父進程與子進程之間的 IPC 通道。如下圖所示:
若要數據流從父進程流向子進程,則關閉父進程的讀端(fd[0]
)與子進程的寫端(fd[1]
);反之,則可以使數據流從子進程流向父進程。
1 #include<stdio.h>
2 #include<unistd.h>
3
4 int main()
5 {
6 int fd[2]; // 兩個文件描述符
7 pid_t pid;
8 char buff[20];
9
10 if(pipe(fd) < 0) // 創建管道
11 printf("Create Pipe Error!\n");
12
13 if((pid = fork()) < 0) // 創建子進程
14 printf("Fork Error!\n");
15 else if(pid > 0) // 父進程
16 {
17 close(fd[0]); // 關閉讀端
18 write(fd[1], "hello world\n", 12);
19 }
20 else
21 {
22 close(fd[1]); // 關閉寫端
23 read(fd[0], buff, 20);
24 printf("%s", buff);
25 }
26
27 return 0;
28 }
二、FIFO
FIFO,也稱爲命名管道,它是一種文件類型。
1、特點
-
FIFO可以在無關的進程之間交換數據,與無名管道不同。
-
FIFO有路徑名與之相關聯,它以一種特殊設備文件形式存在於文件系統中。
2、原型
1 #include <sys/stat.h>
2 // 返回值:成功返回0,出錯返回-1
3 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
其中的 mode 參數與open
函數中的 mode 相同。一旦創建了一個 FIFO,就可以用一般的文件I/O函數操作它。
當 open 一個FIFO時,是否設置非阻塞標誌(O_NONBLOCK
)的區別:
-
若沒有指定
O_NONBLOCK
(默認),只讀 open 要阻塞到某個其他進程爲寫而打開此 FIFO。類似的,只寫 open 要阻塞到某個其他進程爲讀而打開它。 -
若指定了
O_NONBLOCK
,則只讀 open 立即返回。而只寫 open 將出錯返回 -1 如果沒有進程已經爲讀而打開該 FIFO,其errno置ENXIO。
3、例子
FIFO的通信方式類似於在進程中使用文件來傳輸數據,只不過FIFO類型文件同時具有管道的特性。在數據讀出時,FIFO管道中同時清除數據,並且“先進先出”。下面的例子演示了使用 FIFO 進行 IPC 的過程:
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()); // 說明進程ID
15
16 if((fd = open("fifo1", O_WRONLY)) < 0) // 以寫打開一個FIFO
17 {
18 perror("Open FIFO Failed");
19 exit(1);
20 }
21
22 for(i=0; i<10; ++i)
23 {
24 time(&tp); // 取系統當前時間
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) // 寫入到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); // 關閉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) // 創建FIFO管道
14 perror("Create FIFO Failed");
15
16 if((fd = open("fifo1", O_RDONLY)) < 0) // 以讀打開FIFO
17 {
18 perror("Open FIFO Failed");
19 exit(1);
20 }
21
22 while((len = read(fd, buf, 1024)) > 0) // 讀取FIFO管道
23 printf("Read message: %s", buf);
24
25 close(fd); // 關閉FIFO文件
26 return 0;
27 }
在兩個終端裏用 gcc 分別編譯運行上面兩個文件,可以看到輸出結果如下:
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 5954'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
上述例子可以擴展成 客戶進程—服務器進程 通信的實例,write_fifo
的作用類似於客戶端,可以打開多個客戶端向一個服務器發送請求信息,read_fifo
類似於服務器,它適時監控着FIFO的讀端,當有數據時,讀出並進行處理,但是有一個關鍵的問題是,每一個客戶端必須預先知道服務器提供的FIFO接口,下圖顯示了這種安排:
三、消息隊列
消息隊列,是消息的鏈接表,存放在內核中。一個消息隊列由一個標識符(即隊列ID)來標識。
1、特點
-
消息隊列是面向記錄的,其中的消息具有特定的格式以及特定的優先級。
-
消息隊列獨立於發送與接收進程。進程終止時,消息隊列及其內容並不會被刪除。
-
消息隊列可以實現消息的隨機查詢,消息不一定要以先進先出的次序讀取,也可以按消息的類型讀取。
2、原型
1 #include <sys/msg.h>
2 // 創建或打開消息隊列:成功返回隊列ID,失敗返回-1
3 int msgget(key_t key, int flag);
4 // 添加消息:成功返回0,失敗返回-1
5 int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);
6 // 讀取消息:成功返回消息數據的長度,失敗返回-1
7 int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);
8 // 控制消息隊列:成功返回0,失敗返回-1
9 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
在以下兩種情況下,msgget
將創建一個新的消息隊列:
- 如果沒有與鍵值key相對應的消息隊列,並且flag中包含了
IPC_CREAT
標誌位。 - key參數爲
IPC_PRIVATE
。
函數msgrcv
在讀取消息隊列時,type參數有下面幾種情況:
type == 0
,返回隊列中的第一個消息;type > 0
,返回隊列中消息類型爲 type 的第一個消息;type < 0
,返回隊列中消息類型值小於或等於 type 絕對值的消息,如果有多個,則取類型值最小的消息。
可以看出,type值非 0 時用於以非先進先出次序讀消息。也可以把 type 看做優先級的權值。(其他的參數解釋,請自行Google之)
3、例子
下面寫了一個簡單的使用消息隊列進行IPC的例子,服務端程序一直在等待特定類型的消息,當收到該類型的消息以後,發送另一種特定類型的消息作爲反饋,客戶端讀取該反饋並打印出來。
msg_server.c
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <sys/msg.h>
4
5 // 用於創建一個唯一的key
6 #define MSG_FILE "/etc/passwd"
7
8 // 消息結構
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 // 獲取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 // 創建消息隊列
31 if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
32 {
33 perror("msgget error");
34 exit(1);
35 }
36
37 // 打印消息隊列ID及進程ID
38 printf("My msqid is: %d.\n", msqid);
39 printf("My pid is: %d.\n", getpid());
40
41 // 循環讀取消息
42 for(;;)
43 {
44 msgrcv(msqid, &msg, 256, 888, 0);// 返回類型爲888的第一個消息
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; // 客戶端接收的消息類型
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 // 用於創建一個唯一的key
6 #define MSG_FILE "/etc/passwd"
7
8 // 消息結構
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 // 獲取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 // 打開消息隊列
31 if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
32 {
33 perror("msgget error");
34 exit(1);
35 }
36
37 // 打印消息隊列ID及進程ID
38 printf("My msqid is: %d.\n", msqid);
39 printf("My pid is: %d.\n", getpid());
40
41 // 添加消息,類型爲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 // 讀取類型爲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、信號量
信號量(semaphore)與已經介紹過的 IPC 結構不同,它是一個計數器。信號量用於實現進程間的互斥與同步,而不是用於存儲進程間通信數據。
1、特點
-
信號量用於進程間同步,若要在進程間傳遞數據需要結合共享內存。
-
信號量基於操作系統的 PV 操作,程序對信號量的操作都是原子操作。
-
每次對信號量的 PV 操作不僅限於對信號量值加 1 或減 1,而且可以加減任意正整數。
-
支持信號量組。
2、原型
最簡單的信號量是隻能取 0 和 1 的變量,這也是信號量最常見的一種形式,叫做二值信號量(Binary Semaphore)。而可以取多個正整數的信號量被稱爲通用信號量。
Linux 下的信號量函數都是在通用的信號量數組上進行操作,而不是在一個單一的二值信號量上進行操作。
1 #include <sys/sem.h>
2 // 創建或獲取一個信號量組:若成功返回信號量集ID,失敗返回-1
3 int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
4 // 對信號量組進行操作,改變信號量的值:成功返回0,失敗返回-1
5 int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);
6 // 控制信號量的相關信息
7 int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);
當semget
創建新的信號量集合時,必須指定集合中信號量的個數(即num_sems
),通常爲1; 如果是引用一個現有的集合,則將num_sems
指定爲 0 。
在semop
函數中,sembuf
結構的定義如下:
1 struct sembuf
2 {
3 short sem_num; // 信號量組中對應的序號,0~sem_nums-1
4 short sem_op; // 信號量值在一次操作中的改變量
5 short sem_flg; // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
6 }
其中 sem_op 是一次操作中的信號量的改變量:
-
若
sem_op > 0
,表示進程釋放相應的資源數,將 sem_op 的值加到信號量的值上。如果有進程正在休眠等待此信號量,則換行它們。 -
若
sem_op < 0
,請求 sem_op 的絕對值的資源。- 如果相應的資源數可以滿足請求,則將該信號量的值減去sem_op的絕對值,函數成功返回。
- 當相應的資源數不能滿足請求時,這個操作與
sem_flg
有關。- sem_flg 指定
IPC_NOWAIT
,則semop函數出錯返回EAGAIN
。 - sem_flg 沒有指定
IPC_NOWAIT
,則將該信號量的semncnt值加1,然後進程掛起直到下述情況發生:- 當相應的資源數可以滿足請求,此信號量的semncnt值減1,該信號量的值減去sem_op的絕對值。成功返回;
- 此信號量被刪除,函數smeop出錯返回EIDRM;
- 進程捕捉到信號,並從信號處理函數返回,此情況下將此信號量的semncnt值減1,函數semop出錯返回EINTR
- sem_flg 指定
-
若
sem_op == 0
,進程阻塞直到信號量的相應值爲0:- 當信號量已經爲0,函數立即返回。
- 如果信號量的值不爲0,則依據
sem_flg
決定函數動作:- sem_flg指定
IPC_NOWAIT
,則出錯返回EAGAIN
。 - sem_flg沒有指定
IPC_NOWAIT
,則將該信號量的semncnt值加1,然後進程掛起直到下述情況發生:- 信號量值爲0,將信號量的semzcnt的值減1,函數semop成功返回;
- 此信號量被刪除,函數smeop出錯返回EIDRM;
- 進程捕捉到信號,並從信號處理函數返回,在此情況將此信號量的semncnt值減1,函數semop出錯返回EINTR
- sem_flg指定
在semctl
函數中的命令有多種,這裏就說兩個常用的:
SETVAL
:用於初始化信號量爲一個已知的值。所需要的值作爲聯合semun的val成員來傳遞。在信號量第一次使用之前需要設置信號量。IPC_RMID
:刪除一個信號量集合。如果不刪除信號量,它將繼續在系統中存在,即使程序已經退出,它可能在你下次運行此程序時引發問題,而且信號量是一種有限的資源。
3、例子
1 #include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<sys/sem.h>
4
5 // 聯合體,用於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 // 初始化信號量
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 // 若信號量值爲1,獲取資源並將信號量值-1
28 // 若信號量值爲0,進程掛起等待
29 int sem_p(int sem_id)
30 {
31 struct sembuf sbuf;
32 sbuf.sem_num = 0; /*序號*/
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 // 釋放資源並將信號量值+1
46 // 如果有進程正在掛起等待,則喚醒它們
47 int sem_v(int sem_id)
48 {
49 struct sembuf sbuf;
50 sbuf.sem_num = 0; /*序號*/
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 // 刪除信號量集
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; // 信號量集ID
78 key_t key;
79 pid_t pid;
80
81 // 獲取key值
82 if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
83 {
84 perror("ftok error");
85 exit(1);
86 }
87
88 // 創建信號量集,其中只有一個信號量
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:初值設爲0資源被佔用
96 init_sem(sem_id, 0);
97
98 if((pid = fork()) == -1)
99 perror("Fork Error");
100 else if(pid == 0) /*子進程*/
101 {
102 sleep(2);
103 printf("Process child: pid=%d\n", getpid());
104 sem_v(sem_id); /*釋放資源*/
105 }
106 else /*父進程*/
107 {
108 sem_p(sem_id); /*等待資源*/
109 printf("Process father: pid=%d\n", getpid());
110 sem_v(sem_id); /*釋放資源*/
111 del_sem(sem_id); /*刪除信號量集*/
112 }
113 return 0;
114 }
上面的例子如果不加信號量,則父進程會先執行完畢。這裏加了信號量讓父進程等待子進程執行完以後再執行。
五、共享內存
共享內存(Shared Memory),指兩個或多個進程共享一個給定的存儲區。
1、特點
-
共享內存是最快的一種 IPC,因爲進程是直接對內存進行存取。
-
因爲多個進程可以同時操作,所以需要進行同步。
-
信號量+共享內存通常結合在一起使用,信號量用來同步對共享內存的訪問。
2、原型
1 #include <sys/shm.h>
2 // 創建或獲取一個共享內存:成功返回共享內存ID,失敗返回-1
3 int shmget(key_t key, size_t size, int flag);
4 // 連接共享內存到當前進程的地址空間:成功返回指向共享內存的指針,失敗返回-1
5 void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);
6 // 斷開與共享內存的連接:成功返回0,失敗返回-1
7 int shmdt(void *addr);
8 // 控制共享內存的相關信息:成功返回0,失敗返回-1
9 int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);
當用shmget
函數創建一段共享內存時,必須指定其 size;而如果引用一個已存在的共享內存,則將 size 指定爲0 。
當一段共享內存被創建以後,它並不能被任何進程訪問。必須使用shmat
函數連接該共享內存到當前進程的地址空間,連接成功後把共享內存區對象映射到調用進程的地址空間,隨後可像本地空間一樣訪問。
shmdt
函數是用來斷開shmat
建立的連接的。注意,這並不是從系統中刪除該共享內存,只是當前進程不能再訪問該共享內存而已。
shmctl
函數可以對共享內存執行多種操作,根據參數 cmd 執行相應的操作。常用的是IPC_RMID
(從系統中刪除該共享內存)。
3、例子
下面這個例子,使用了【共享內存+信號量+消息隊列】的組合來實現服務器進程與客戶進程間的通信。
- 共享內存用來傳遞數據;
- 信號量用來同步;
- 消息隊列用來 在客戶端修改了共享內存後 通知服務器讀取。
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 // 消息隊列結構
9 struct msg_form {
10 long mtype;
11 char mtext;
12 };
13
14 // 聯合體,用於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 // 初始化信號量
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 // 若信號量值爲1,獲取資源並將信號量值-1
37 // 若信號量值爲0,進程掛起等待
38 int sem_p(int sem_id)
39 {
40 struct sembuf sbuf;
41 sbuf.sem_num = 0; /*序號*/
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 // 釋放資源並將信號量值+1
55 // 如果有進程正在掛起等待,則喚醒它們
56 int sem_v(int sem_id)
57 {
58 struct sembuf sbuf;
59 sbuf.sem_num = 0; /*序號*/
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 // 刪除信號量集
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 // 創建一個信號量集
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); /*初值設爲1資源未佔用*/
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; /*用於刪除共享內存*/
104 struct msqid_ds buf2; /*用於刪除消息隊列*/
105 struct msg_form msg; /*消息隊列用於通知對方更新了共享內存*/
106
107 // 獲取key值
108 if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
109 {
110 perror("ftok error");
111 exit(1);
112 }
113
114 // 創建共享內存
115 if((shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT|0666)) == -1)
116 {
117 perror("Create Shared Memory Error");
118 exit(1);
119 }
120
121 // 連接共享內存
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 // 創建消息隊列
131 if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
132 {
133 perror("msgget error");
134 exit(1);
135 }
136
137 // 創建信號量
138 semid = creat_sem(key);
139
140 // 讀數據
141 while(1)
142 {
143 msgrcv(msqid, &msg, 1, 888, 0); /*讀取類型爲888的消息*/
144 if(msg.mtext == 'q') /*quit - 跳出循環*/
145 break;
146 if(msg.mtext == 'r') /*read - 讀共享內存*/
147 {
148 sem_p(semid);
149 printf("%s\n",shm);
150 sem_v(semid);
151 }
152 }
153
154 // 斷開連接
155 shmdt(shm);
156
157 /*刪除共享內存、消息隊列、信號量*/
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 // 消息隊列結構
9 struct msg_form {
10 long mtype;
11 char mtext;
12 };
13
14 // 聯合體,用於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 // 若信號量值爲1,獲取資源並將信號量值-1
24 // 若信號量值爲0,進程掛起等待
25 int sem_p(int sem_id)
26 {
27 struct sembuf sbuf;
28 sbuf.sem_num = 0; /*序號*/
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 // 釋放資源並將信號量值+1
42 // 如果有進程正在掛起等待,則喚醒它們
43 int sem_v(int sem_id)
44 {
45 struct sembuf sbuf;
46 sbuf.sem_num = 0; /*序號*/
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循環條件*/
66
67 // 獲取key值
68 if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
69 {
70 perror("ftok error");
71 exit(1);
72 }
73
74 // 獲取共享內存
75 if((shmid = shmget(key, 1024, 0)) == -1)
76 {
77 perror("shmget error");
78 exit(1);
79 }
80
81 // 連接共享內存
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 // 創建消息隊列
90 if ((msqid = msgget(key, 0)) == -1)
91 {
92 perror("msgget error");
93 exit(1);
94 }
95
96 // 獲取信號量
97 if((semid = semget(key, 0, 0)) == -1)
98 {
99 perror("semget error");
100 exit(1);
101 }
102
103 // 寫數據
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); /*訪問資源*/
120 scanf("%s", shm);
121 sem_v(semid); /*釋放資源*/
122 /*清空標準輸入緩衝區*/
123 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);
124 msg.mtype = 888;
125 msg.mtext = 'r'; /*發送消息通知服務器讀數據*/
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 /*清空標準輸入緩衝區*/
137 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);
138 }
139 }
140
141 // 斷開連接
142 shmdt(shm);
143
144 return 0;
145 }
注意:當scanf()
輸入字符或字符串時,緩衝區中遺留下了\n
,所以每次輸入操作後都需要清空標準輸入的緩衝區。但是由於 gcc 編譯器不支持fflush(stdin)
(它只是標準C的擴展),所以我們使用了替代方案:
1 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);
五種通訊方式總結
1.管道:速度慢,容量有限,只有父子進程能通訊
2.FIFO:任何進程間都能通訊,但速度慢
3.消息隊列:容量受到系統限制,且要注意第一次讀的時候,要考慮上一次沒有讀完數據的問題
4.信號量:不能傳遞複雜消息,只能用來同步
5.共享內存區:能夠很容易控制容量,速度快,但要保持同步,比如一個進程在寫的時候,另一個進程要注意讀寫的問題,相當於線程中的線程安全,當然,共享內存區同樣可以用作線程間通訊,不過沒這個必要,線程間本來就已經共享了同一進程內的一塊內存