【linux】进程间通信（二）

6. 命名管道

命名管道可以实现两个毫不相干的进程之间的通信

（一）创建一个命名管道

• 命令行上创建

mkfifo + 管道名

• 函数调用

int mkfifo(const char *filename,mode_t mode)

filename：

文件名

mode：

权限

代码

**（二）匿名管道与命名管道的区别 **

1. 匿名管道由pipe函数创建并打开 ；命名管道由mkfifo函数创建，打开用open
2. FIFO（命名管道）与pipe（匿名管道）之间唯一的区别在它们创建与打开的方式不同，一但这些工作完成之后，它们具有相同的语义

**（三）命名管道的打开规则 **

命名管道创建后，必须需要既有进程以读方式打开命名管道，又有进程以写方式打开命名管道（例如，如果只有读方式打开了，open会阻塞，只有别的进程以写方式打开，读的进程才会继续向后执行代码）

7. system V共享内存

共享内存区是最快的IPC形式（拷贝少）

如果是释放空间，则操作反过来

注意：

共享内存的声明周期是随内核的，用户不主动关闭，共享内存会一直存在，即使进程退出也没有影响，除非内核重启/用户释放

**（一）共享内存数据结构 **

因为共享内存很多，所以操作系统需要区管理 ------- 先描述再组织

struct shmid_ds {

struct ipc_perm shm_perm; /* operation perms */

int shm_segsz; /* size of segment (bytes) */

__kernel_time_t shm_atime; /* last attach time */

__kernel_time_t shm_dtime; /* last detach time */

__kernel_time_t shm_ctime; /* last change time */

__kernel_ipc_pid_t shm_cpid; /* pid of creator */

__kernel_ipc_pid_t shm_lpid; /* pid of last operator */

unsigned short shm_nattch; /* no. of current attaches */

unsigned short shm_unused; /* compatibility */

void shm_unused2; / ditto - used by DIPC */

void shm_unused3; / unused */

};

（二）共享内存函数

shmget函数

功能：用来创建共享内存

原型

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

参数

key:这个共享内存段名字 （保证进程看到的是同一份共享内存，且在操作系统内标定唯一性）

size:创建的共享内存大小 （单位字节）

shmflg:由九个权限标志构成，它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样的 （标定如何创建共享内存）

返回值 shmid：成功返回一个非负整数，即该共享内存段的标识码（进程内，标定资源的唯一性）；失败返回-1

注意：

共享内存的大小一般建议设置成4096（4KB）的整数倍

• 更详细讲 参数shmflg

1. IPC_CREAT(单独使用）：创建一块共享内存，如果没有，就申请；如果有，就获取并返回
2. IPC_CREAT | IPC_EXCL : 创建一块共享内存，没有就申请，如果已经有了，就出错返回（确保获取到的共享内存一定是新申请的）

注意：

IPC_EXCL不单独使用

• 更详细讲 参数key

1. key是一个数字，它在内核中具有唯一性，能让不同的进程进行唯一性标识
2. 第一个进程可以通过key创建共享内存，第二个进程只要拿着key，就能找到和第一个进程访问一样的共享内存
3. 对于一个已经创建好的共享内存，key在共享内存描述对象中

ftok函数

功能：得到key

原型

int ftok(const char* pathname,int proj_id);

参数

pathname: 路径

proj_id: 用户自己定义id

返回值：返回 key ；失败返回-1 , 如果失败，则表示已经有对应key的共享内存，把 proj_id换一下即可

注意：

这里有一套算法，将 pathname 和 proj_id 进行数值计算得到 key

shmat函数

功能：将共享内存段连接到进程地址空间

原型

void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

参数

shmid: 共享内存标识

shmaddr:指定连接的地址 ，可以设置称NULL

shmflg:它的两个可能取值是SHM_RND和SHM_RDONLY ，也可以直接设置成0

返回值：成功返回一个指针，指向共享内存第一个节；失败返回-1

最简单的方法，设置 shmaddr = NULL , shmflg = 0

• 更详细讲 参数shmaddr

shmaddr为NULL，核心自动选择一个地址

shmaddr不为NULL且shmflg无SHM_RND标记，则以shmaddr为连接地址

shmaddr不为NULL且shmflg设置了SHM_RND标记，则连接的地址会自动向下调整为SHMLBA的整数倍 公式：shmaddr - (shmaddr % SHMLBA)

shmflg = SHM_RDONLY，表示连接操作用来只读共享内存

shmdt函数

功能：将共享内存段与当前进程脱离

原型

int shmdt(const void *shmaddr);

参数

shmaddr: 由shmat所返回的指针

返回值：成功返回0；失败返回-1

注意：

将共享内存段与当前进程脱离不等于删除共享内存段

shmctl函数

功能：用于控制共享内存

原型

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

参数

shmid:由shmget返回的共享内存标识码

cmd:将要采取的动作（有三个可取值）

buf:指向一个保存着共享内存的模式状态和访问权限的**数据结构 **

返回值：成功返回0；失败返回-1

• ipcs -m

显示已有的共享内存信息

• ipcrm -m + shmid

删除对应共享内存标识符的共享内存

（三）共享内存的特性

1. 共享内存没有同步互斥之类的保护机制
2. 共享内存是所有的进程间通信中最快的
3. 共享内存的数据，是由用户自己维护的（记得要去关联和释放）

（四）共享内存存在的一些问题

当存在两个进程，进程A正在向共享内存写入数据，写入一部分时，B拿走了，导致双方发送和接受的数据不完整

1. 两个进程看到同一份资源 ------ 共享资源，如果不加保护，会导致数据不一致的问题
2. 任何时刻，只允许一个执行流访问一个共享资源时，叫做加锁
3. 任何时刻，只有一个执行流访问一个共享资源叫临界资源
4. 访问临界资源的代码叫做临界区

8. system V消息队列

（一）画图了解消息队列

• ipcs -q

查看已存在的消息队列

• icprm -q + msqid

删除该消息队列标识符的消息队列

（二）消息队列函数（简写）

msgget函数

功能：创建消息队列

原型：

int msgget(key_t key,int msgflg);

msgctl函数

功能：用于控制消息队列

原型：

int msgctl(int msqid,int cmd,struct msqid_ds *buf);

注意：

IPC在内核中的数据结构设计，在操作系统中，所有的IPC资源都是整合进操作系统的IPC模块中

（所有IPC数据结构都有 ipc_perm 类型的成员变量，这些都被放进 struct ipc_perm* 的数组里面管理起来，数组的下标对应的就是 xxx标识符）

9. system V信号量

（一）理解信号量

信号量/信号灯本质是一把计数器，用来描述临界资源中资源数量的多少

（二）信号量总结点

注意：

1. 申请信号量资源成功，就代表该进程具有访问资源的权限
2. 申请了信号量资源，不代表就一定访问了该资源，只是对这个资源的预定机制
3. 信号量可以有效保证共享资源的执行流的数量
4. 每一个执行流，想要访问共享资源中的一部分时，不是直接访问，而是先申请信号量资源
5. 把值为1，0的“计数器”叫做 二元信号量 -------- 本质就是一个锁
6. 申请信号量，本质是对计数器减减，即P操作；释放信号量，本质是对计数器加加，即V操作
7. 申请和释放都是原子的（即要么做完，要么不做）
8. 信号量本质上也是一种共享资源，所以要先保护好自己，才能对别的临界资源进行保护
9. 信号量也是进程通信的一种：通信不仅仅是通信数据，互相协同也是