五種通訊方式總結

原創 蜗牛_Wolf 2020-06-21 12:37

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：

  1. 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。

  2. 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）。

  3. 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：

  1. 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。

  2. 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）。

  3. 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。

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 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 }

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二、FIFO

FIFO，也稱爲命名管道，它是一種文件類型。

1、特點

  1. FIFO可以在無關的進程之間交換數據，與無名管道不同。

  2. 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

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 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 }

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read_fifo.c

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 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 }

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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：

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 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

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 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

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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

  1. 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。

  2. 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。

  3. 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

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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);

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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

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 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 }

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msg_client.c

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 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 }

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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

  1. 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。

  2. 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。

  3. 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。

  4. 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。

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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, ...);

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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：

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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 }

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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：
        1. 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；
        2. 此信號量被刪除，函數smeop出錯返回EIDRM；
        3. 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

  • 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：
        1. 信號量值爲0，將信號量的semzcnt的值減1，函數semop成功返回；
        2. 此信號量被刪除，函數smeop出錯返回EIDRM；
        3. 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

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

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  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 }

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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

  1. 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。

  2. 因爲多個進程可以同時操作，所以需要進行同步。

  3. 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

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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);

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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

複製代碼

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  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 }

複製代碼

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client.c

複製代碼

複製代碼

  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 }

複製代碼

複製代碼

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

 

 

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mingday 2020-07-06 12:47:55

送給80年代後期出生的追夢人

當我們讀小學的時候，讀大學不要錢,當我們讀大學的時候，讀小學不要錢, 我們還沒能工作的時候，工作是分配的, 我們可以工作的時候，撞得頭破血流才勉強找份餓不死人的工作做, 當我們不能掙錢的時候，房子是分配的, 當我們能掙錢的時候，卻發現房子

mingday 2020-07-06 12:47:43