進(jìn)程間通信（IPC，InterProcess Communication）是指在不同進(jìn)程之間傳播或交換信息。

IPC的方式通常有管道（包括無(wú)名管道和命名管道）、消息隊(duì)列、信號(hào)量、共享存儲(chǔ)、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主機(jī)上的兩個(gè)進(jìn)程IPC。

以Linux中的C語(yǔ)言編程為例。

一、管道

管道，通常指無(wú)名管道，是 UNIX 系統(tǒng)IPC最古老的形式。

1、特點(diǎn)：

它是半雙工的（即數(shù)據(jù)只能在一個(gè)方向上流動(dòng)），具有固定的讀端和寫端。

它只能用于具有親緣關(guān)系的進(jìn)程之間的通信（也是父子進(jìn)程或者兄弟進(jìn)程之間）。

它可以看成是一種特殊的文件，對(duì)于它的讀寫也可以使用普通的read、write 等函數(shù)。但是它不是普通的文件，并不屬于其他任何文件系統(tǒng)，并且只存在于內(nèi)存中。

一、管道

管道，通常指無(wú)名管道，是 UNIX 系統(tǒng)IPC最古老的形式。

1、特點(diǎn)：

它是半雙工的（即數(shù)據(jù)只能在一個(gè)方向上流動(dòng)），具有固定的讀端和寫端。

它只能用于具有親緣關(guān)系的進(jìn)程之間的通信（也是父子進(jìn)程或者兄弟進(jìn)程之間）。

它可以看成是一種特殊的文件，對(duì)于它的讀寫也可以使用普通的read、write 等函數(shù)。但是它不是普通的文件，并不屬于其他任何文件系統(tǒng)，并且只存在于內(nèi)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(dāng)一個(gè)管道建立時(shí)，它會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)文件描述符：fd[0]為讀而打開(kāi)，fd[1]為寫而打開(kāi)。如下圖：

要關(guān)閉管道只需將這兩個(gè)文件描述符關(guān)閉即可。

3、例子

單個(gè)進(jìn)程中的管道幾乎沒(méi)有任何用處。所以，通常調(diào)用 pipe 的進(jìn)程接著調(diào)用 fork，這樣就創(chuàng)建了父進(jìn)程與子進(jìn)程之間的 IPC 通道。如下圖所示：

若要數(shù)據(jù)流從父進(jìn)程流向子進(jìn)程，則關(guān)閉父進(jìn)程的讀端（fd[0]）與子進(jìn)程的寫端（fd[1]）；反之，則可以使數(shù)據(jù)流從子進(jìn)程流向父進(jìn)程。

1 #include<stdio.h>2 #include<unistd.h>3 4 int main()5 {6 int fd[2]; // 兩個(gè)文件描述符7 pid_t pid;8 char buff[20];9 10 if(pipe(fd) < 0) // 創(chuàng)建管道 11 printf("Create Pipe Error!\n"); 12 13 if((pid = fork()) < 0) // 創(chuàng)建子進(jìn)程 14 printf("Fork Error!\n"); 15 else if(pid > 0) // 父進(jìn)程 16 { 17 close(fd[0]); // 關(guān)閉讀端 18 write(fd[1], "hello world\n", 12); 19 } 20 else 21 { 22 close(fd[1]); // 關(guān)閉寫端 23 read(fd[0], buff, 20); 24 printf("%s", buff); 25 } 26 27 return 0; 28 }

二、FIFO

FIFO，也稱為命名管道，它是一種文件類型。

1、特點(diǎn)

FIFO可以在無(wú)關(guān)的進(jìn)程之間交換數(shù)據(jù)，與無(wú)名管道不同。

FIFO有路徑名與之相關(guān)聯(lián)，它以一種特殊設(shè)備文件形式存在于文件系統(tǒng)中。

2、原型

1 #include <sys/stat.h> 2 // 返回值：成功返回0，出錯(cuò)返回-1 3 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

其中的 mode 參數(shù)與open函數(shù)中的 mode 相同。一旦創(chuàng)建了一個(gè) FIFO，就可以用一般的文件I/O函數(shù)操作它。

當(dāng) open 一個(gè)FIFO時(shí)，是否設(shè)置非阻塞標(biāo)志（O_NONBLOCK）的區(qū)別：

• 若沒(méi)有指定O_NONBLOCK（默認(rèn)），只讀 open 要阻塞到某個(gè)其他進(jìn)程為寫而打開(kāi)此 FIFO。類似的，只寫 open 要阻塞到某個(gè)其他進(jìn)程為讀而打開(kāi)它。

• 若指定了O_NONBLOCK，則只讀 open 立即返回。而只寫 open 將出錯(cuò)返回 -1 如果沒(méi)有進(jìn)程已經(jīng)為讀而打開(kāi)該 FIFO，其errno置ENXIO。

3、例子

FIFO的通信方式類似于在進(jìn)程中使用文件來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，只不過(guò)FIFO類型文件同時(shí)具有管道的特性。在數(shù)據(jù)讀出時(shí)，FIFO管道中同時(shí)清除數(shù)據(jù)，并且“先進(jìn)先出”。下面的例子演示了使用 FIFO 進(jìn)行 IPC 的過(guò)程：

write_fifo.c

1 #include<stdio.h>2 #include<stdlib.h> // exit3 #include<fcntl.h> // O_WRONLY4 #include<sys/stat.h>5 #include<time.h> // time6 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(shuō)明進(jìn)程ID 15 16 if((fd = open("fifo1", O_WRONLY)) < 0) // 以寫打開(kāi)一個(gè)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(tǒng)當(dāng)前時(shí)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(guān)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(chuàng)建FIFO管道 14 perror("Create FIFO Failed"); 15 16 if((fd = open("fifo1", O_RDONLY)) < 0) // 以讀打開(kāi)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(guān)閉FIFO文件 26 return 0; 27 }

在兩個(gè)終端里用 gcc 分別編譯運(yùn)行上面兩個(gè)文件，可以看到輸出結(jié)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 20154 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:29 20155 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:30 20156 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:31 20157 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:32 20158 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:33 20159 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 20153 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:29 20154 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:30 20155 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:31 20156 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:32 20157 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:33 20158 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:34 20159 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(kuò)展成 客戶進(jìn)程—服務(wù)器進(jìn)程 通信的實(shí)例，write_fifo的作用類似于客戶端，可以打開(kāi)多個(gè)客戶端向一個(gè)服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求信息，read_fifo類似于服務(wù)器，它適時(shí)監(jiān)控著FIFO的讀端，當(dāng)有數(shù)據(jù)時(shí)，讀出并進(jìn)行處理，但是有一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題是，每一個(gè)客戶端必須預(yù)先知道服務(wù)器提供的FIFO接口，下圖顯示了這種安排：

三、消息隊(duì)列

消息隊(duì)列，是消息的鏈接表，存放在內(nèi)核中。一個(gè)消息隊(duì)列由一個(gè)標(biāo)識(shí)符（即隊(duì)列ID）來(lái)標(biāo)識(shí)。

1、特點(diǎn)

消息隊(duì)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(yōu)先級(jí)。

消息隊(duì)列獨(dú)立于發(fā)送與接收進(jìn)程。進(jìn)程終止時(shí)，消息隊(duì)列及其內(nèi)容并不會(huì)被刪除。

消息隊(duì)列可以實(shí)現(xiàn)消息的隨機(jī)查詢,消息不一定要以先進(jìn)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(chuàng)建或打開(kāi)消息隊(duì)列：成功返回隊(duì)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(shù)據(jù)的長(zhǎng)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(duì)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(chuàng)建一個(gè)新的消息隊(duì)列：

• 如果沒(méi)有與鍵值key相對(duì)應(yīng)的消息隊(duì)列，并且flag中包含了IPC_CREAT標(biāo)志位。
• key參數(shù)為IPC_PRIVATE。

函數(shù)msgrcv在讀取消息隊(duì)列時(shí)，type參數(shù)有下面幾種情況：

• type == 0，返回隊(duì)列中的第一個(gè)消息；
• type > 0，返回隊(duì)列中消息類型為 type 的第一個(gè)消息；
• type < 0，返回隊(duì)列中消息類型值小于或等于 type 絕對(duì)值的消息，如果有多個(gè)，則取類型值最小的消息。

可以看出，type值非 0 時(shí)用于以非先進(jìn)先出次序讀消息。也可以把 type 看做優(yōu)先級(jí)的權(quán)值。（其他的參數(shù)解釋，請(qǐng)自行Google之）

3、例子

下面寫了一個(gè)簡(jiǎn)單的使用消息隊(duì)列進(jìn)行IPC的例子，服務(wù)端程序一直在等待特定類型的消息，當(dāng)收到該類型的消息以后，發(fā)送另一種特定類型的消息作為反饋，客戶端讀取該反饋并打印出來(lái)。

msg_server.c

1 #include <stdio.h>2 #include <stdlib.h>3 #include <sys/msg.h>4 5 // 用于創(chuàng)建一個(gè)唯一的key6 #define MSG_FILE "/etc/passwd"7 8 // 消息結(jié)構(gòu)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(chuàng)建消息隊(duì)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(duì)列ID及進(jìn)程ID 38 printf("My msqid is: %d.\n", msqid); 39 printf("My pid is: %d.\n", getpid()); 40 41 // 循環(huán)讀取消息 42 for(;;) 43 { 44 msgrcv(msqid, &msg, 256, 888, 0);// 返回類型為888的第一個(gè)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 // 用于創(chuàng)建一個(gè)唯一的key6 #define MSG_FILE "/etc/passwd"7 8 // 消息結(jié)構(gòu)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(kāi)消息隊(duì)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(duì)列ID及進(jìn)程ID 38 printf("My msqid is: %d.\n", msqid); 39 printf("My pid is: %d.\n", getpid()); 40 41 // 添加消息，類型為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 // 讀取類型為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(hào)量

信號(hào)量（semaphore）與已經(jīng)介紹過(guò)的 IPC 結(jié)構(gòu)不同，它是一個(gè)計(jì)數(shù)器。信號(hào)量用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的互斥與同步，而不是用于存儲(chǔ)進(jìn)程間通信數(shù)據(jù)。

1、特點(diǎn)

信號(hào)量用于進(jìn)程間同步，若要在進(jìn)程間傳遞數(shù)據(jù)需要結(jié)合共享內(nèi)存。

信號(hào)量基于操作系統(tǒng)的 PV 操作，程序?qū)π盘?hào)量的操作都是原子操作。

每次對(duì)信號(hào)量的 PV 操作不僅限于對(duì)信號(hào)量值加 1 或減 1，而且可以加減任意正整數(shù)。

支持信號(hào)量組。

2、原型

最簡(jiǎn)單的信號(hào)量是只能取 0 和 1 的變量，這也是信號(hào)量最常見(jiàn)的一種形式，叫做二值信號(hào)量（Binary Semaphore）。而可以取多個(gè)正整數(shù)的信號(hào)量被稱為通用信號(hào)量。

Linux 下的信號(hào)量函數(shù)都是在通用的信號(hào)量數(shù)組上進(jìn)行操作，而不是在一個(gè)單一的二值信號(hào)量上進(jìn)行操作。

1 #include <sys/sem.h> 2 // 創(chuàng)建或獲取一個(gè)信號(hào)量組：若成功返回信號(hào)量集ID，失敗返回-1 3 int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags); 4 // 對(duì)信號(hào)量組進(jìn)行操作，改變信號(hào)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(hào)量的相關(guān)信息 7 int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);

當(dāng)semget創(chuàng)建新的信號(hào)量集合時(shí)，必須指定集合中信號(hào)量的個(gè)數(shù)（即num_sems），通常為1； 如果是引用一個(gè)現(xiàn)有的集合，則將num_sems指定為 0 。

在semop函數(shù)中，sembuf結(jié)構(gòu)的定義如下：

1 struct sembuf 2 { 3 short sem_num; // 信號(hào)量組中對(duì)應(yīng)的序號(hào)，0～sem_nums-1 4 short sem_op; // 信號(hào)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(hào)量的改變量：

• 若sem_op > 0，表示進(jìn)程釋放相應(yīng)的資源數(shù)，將 sem_op 的值加到信號(hào)量的值上。如果有進(jìn)程正在休眠等待此信號(hào)量，則換行它們。

• 若sem_op < 0，請(qǐng)求 sem_op 的絕對(duì)值的資源。

  • 如果相應(yīng)的資源數(shù)可以滿足請(qǐng)求，則將該信號(hào)量的值減去sem_op的絕對(duì)值，函數(shù)成功返回。
  • 當(dāng)相應(yīng)的資源數(shù)不能滿足請(qǐng)求時(shí)，這個(gè)操作與sem_flg有關(guān)。
    • sem_flg 指定IPC_NOWAIT，則semop函數(shù)出錯(cuò)返回EAGAIN。
    • sem_flg 沒(méi)有指定IPC_NOWAIT，則將該信號(hào)量的semncnt值加1，然后進(jìn)程掛起直到下述情況發(fā)生：
    • 當(dāng)相應(yīng)的資源數(shù)可以滿足請(qǐng)求，此信號(hào)量的semncnt值減1，該信號(hào)量的值減去sem_op的絕對(duì)值。成功返回；
    • 此信號(hào)量被刪除，函數(shù)smeop出錯(cuò)返回EIDRM；
    • 進(jìn)程捕捉到信號(hào)，并從信號(hào)處理函數(shù)返回，此情況下將此信號(hào)量的semncnt值減1，函數(shù)semop出錯(cuò)返回EINTR

• 若sem_op == 0，進(jìn)程阻塞直到信號(hào)量的相應(yīng)值為0：

  • 當(dāng)信號(hào)量已經(jīng)為0，函數(shù)立即返回。
  • 如果信號(hào)量的值不為0，則依據(jù)sem_flg決定函數(shù)動(dòng)作：
    • sem_flg指定IPC_NOWAIT，則出錯(cuò)返回EAGAIN。
    • sem_flg沒(méi)有指定IPC_NOWAIT，則將該信號(hào)量的semncnt值加1，然后進(jìn)程掛起直到下述情況發(fā)生：
    • 信號(hào)量值為0，將信號(hào)量的semzcnt的值減1，函數(shù)semop成功返回；
    • 此信號(hào)量被刪除，函數(shù)smeop出錯(cuò)返回EIDRM；
    • 進(jìn)程捕捉到信號(hào)，并從信號(hào)處理函數(shù)返回，在此情況將此信號(hào)量的semncnt值減1，函數(shù)semop出錯(cuò)返回EINTR

在semctl函數(shù)中的命令有多種，這里就說(shuō)兩個(gè)常用的：

• SETVAL：用于初始化信號(hào)量為一個(gè)已知的值。所需要的值作為聯(lián)合semun的val成員來(lái)傳遞。在信號(hào)量第一次使用之前需要設(shè)置信號(hào)量。
• IPC_RMID：刪除一個(gè)信號(hào)量集合。如果不刪除信號(hào)量，它將繼續(xù)在系統(tǒng)中存在，即使程序已經(jīng)退出，它可能在你下次運(yùn)行此程序時(shí)引發(fā)問(wèn)題，而且信號(hào)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(lián)合體，用于semctl初始化6 union semun7 {8 int val; /*for SETVAL*/9 struct semid_ds *buf;10 unsigned short *array;11 };12 13 // 初始化信號(hào)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(hào)量值為1，獲取資源并將信號(hào)量值-1 28 // 若信號(hào)量值為0，進(jìn)程掛起等待29 int sem_p(int sem_id)30 {31 struct sembuf sbuf;32 sbuf.sem_num = 0; /*序號(hào)*/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 // 釋放資源并將信號(hào)量值+146 // 如果有進(jìn)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(hào)*/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(hào)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(hào)量集ID78 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(chuàng)建信號(hào)量集，其中只有一個(gè)信號(hào)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(shè)為0資源被占用96 init_sem(sem_id, 0);97 98 if((pid = fork()) == -1)99 perror("Fork Error"); 100 else if(pid == 0) /*子進(jìn)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(jìn)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(hào)量集*/ 112 } 113 return 0; 114 }

上面的例子如果不加信號(hào)量，則父進(jìn)程會(huì)先執(zhí)行完畢。這里加了信號(hào)量讓父進(jìn)程等待子進(jìn)程執(zhí)行完以后再執(zhí)行。

五、共享內(nèi)存

共享內(nèi)存（Shared Memory），指兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程共享一個(gè)給定的存儲(chǔ)區(qū)。

1、特點(diǎn)

共享內(nèi)存是最快的一種 IPC，因?yàn)檫M(jìn)程是直接對(duì)內(nèi)存進(jìn)行存取。

因?yàn)槎鄠€(gè)進(jìn)程可以同時(shí)操作，所以需要進(jìn)行同步。

信號(hào)量+共享內(nèi)存通常結(jié)合在一起使用，信號(hào)量用來(lái)同步對(duì)共享內(nèi)存的訪問(wèn)。

2、原型

1 #include <sys/shm.h> 2 // 創(chuàng)建或獲取一個(gè)共享內(nèi)存：成功返回共享內(nèi)存ID，失敗返回-1 3 int shmget(key_t key, size_t size, int flag); 4 // 連接共享內(nèi)存到當(dāng)前進(jìn)程的地址空間：成功返回指向共享內(nèi)存的指針，失敗返回-1 5 void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag); 6 // 斷開(kāi)與共享內(nèi)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(nèi)存的相關(guān)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(dāng)用shmget函數(shù)創(chuàng)建一段共享內(nèi)存時(shí)，必須指定其 size；而如果引用一個(gè)已存在的共享內(nèi)存，則將 size 指定為0 。

當(dāng)一段共享內(nèi)存被創(chuàng)建以后，它并不能被任何進(jìn)程訪問(wèn)。必須使用shmat函數(shù)連接該共享內(nèi)存到當(dāng)前進(jìn)程的地址空間，連接成功后把共享內(nèi)存區(qū)對(duì)象映射到調(diào)用進(jìn)程的地址空間，隨后可像本地空間一樣訪問(wèn)。

shmdt函數(shù)是用來(lái)斷開(kāi)shmat建立的連接的。注意，這并不是從系統(tǒng)中刪除該共享內(nèi)存，只是當(dāng)前進(jìn)程不能再訪問(wèn)該共享內(nèi)存而已。

shmctl函數(shù)可以對(duì)共享內(nèi)存執(zhí)行多種操作，根據(jù)參數(shù) cmd 執(zhí)行相應(yīng)的操作。常用的是IPC_RMID（從系統(tǒng)中刪除該共享內(nèi)存）。

3、例子

下面這個(gè)例子，使用了【共享內(nèi)存+信號(hào)量+消息隊(duì)列】的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器進(jìn)程與客戶進(jìn)程間的通信。

• 共享內(nèi)存用來(lái)傳遞數(shù)據(jù)；
• 信號(hào)量用來(lái)同步；
• 消息隊(duì)列用來(lái) 在客戶端修改了共享內(nèi)存后 通知服務(wù)器讀取。

server.c

1 #include<stdio.h>2 #include<stdlib.h>3 #include<sys/shm.h> // shared memory4 #include<sys/sem.h> // semaphore5 #include<sys/msg.h> // message queue6 #include<string.h> // memcpy7 8 // 消息隊(duì)列結(jié)構(gòu)9 struct msg_form {10 long mtype;11 char mtext;12 };13 14 // 聯(lián)合體，用于semctl初始化15 union semun16 {17 int val; /*for SETVAL*/18 struct semid_ds *buf;19 unsigned short *array;20 };21 22 // 初始化信號(hào)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(hào)量值為1，獲取資源并將信號(hào)量值-1 37 // 若信號(hào)量值為0，進(jìn)程掛起等待38 int sem_p(int sem_id)39 {40 struct sembuf sbuf;41 sbuf.sem_num = 0; /*序號(hào)*/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 // 釋放資源并將信號(hào)量值+155 // 如果有進(jìn)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(hào)*/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(hào)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(chuàng)建一個(gè)信號(hào)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(shè)為1資源未占用*/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; /*用于刪除共享內(nèi)存*/ 104 struct msqid_ds buf2; /*用于刪除消息隊(duì)列*/ 105 struct msg_form msg; /*消息隊(duì)列用于通知對(duì)方更新了共享內(nèi)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(chuàng)建共享內(nèi)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(nèi)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(chuàng)建消息隊(duì)列 131 if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1) 132 { 133 perror("msgget error"); 134 exit(1); 135 } 136 137 // 創(chuàng)建信號(hào)量 138 semid = creat_sem(key); 139 140 // 讀數(shù)據(jù) 141 while(1) 142 { 143 msgrcv(msqid, &msg, 1, 888, 0); /*讀取類型為888的消息*/ 144 if(msg.mtext == 'q') /*quit - 跳出循環(huán)*/ 145 break; 146 if(msg.mtext == 'r') /*read - 讀共享內(nèi)存*/ 147 { 148 sem_p(semid); 149 printf("%s\n",shm); 150 sem_v(semid); 151 } 152 } 153 154 // 斷開(kāi)連接 155 shmdt(shm); 156 157 /*刪除共享內(nèi)存、消息隊(duì)列、信號(hào)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 memory4 #include<sys/sem.h> // semaphore5 #include<sys/msg.h> // message queue6 #include<string.h> // memcpy7 8 // 消息隊(duì)列結(jié)構(gòu)9 struct msg_form {10 long mtype;11 char mtext;12 };13 14 // 聯(lián)合體，用于semctl初始化15 union semun16 {17 int val; /*for SETVAL*/18 struct semid_ds *buf;19 unsigned short *array;20 };21 22 // P操作:23 // 若信號(hào)量值為1，獲取資源并將信號(hào)量值-1 24 // 若信號(hào)量值為0，進(jìn)程掛起等待25 int sem_p(int sem_id)26 {27 struct sembuf sbuf;28 sbuf.sem_num = 0; /*序號(hào)*/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 // 釋放資源并將信號(hào)量值+142 // 如果有進(jìn)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(hào)*/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(huán)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(nèi)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(nèi)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(chuàng)建消息隊(duì)列90 if ((msqid = msgget(key, 0)) == -1)91 {92 perror("msgget error");93 exit(1);94 }95 96 // 獲取信號(hào)量97 if((semid = semget(key, 0, 0)) == -1)98 {99 perror("semget error"); 100 exit(1); 101 } 102 103 // 寫數(shù)據(jù) 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(wèn)資源*/ 120 scanf("%s", shm); 121 sem_v(semid); /*釋放資源*/ 122 /*清空標(biāo)準(zhǔn)輸入緩沖區(qū)*/ 123 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF); 124 msg.mtype = 888; 125 msg.mtext = 'r'; /*發(fā)送消息通知服務(wù)器讀數(shù)據(jù)*/ 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(biāo)準(zhǔn)輸入緩沖區(qū)*/ 137 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF); 138 } 139 } 140 141 // 斷開(kāi)連接 142 shmdt(shm); 143 144 return 0; 145 }

注意：當(dāng)scanf()輸入字符或字符串時(shí)，緩沖區(qū)中遺留下了\n，所以每次輸入操作后都需要清空標(biāo)準(zhǔn)輸入的緩沖區(qū)。但是由于 gcc 編譯器不支持fflush(stdin)（它只是標(biāo)準(zhǔn)C的擴(kuò)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(jié)

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?

1.管道：速度慢，容量有限，只有父子進(jìn)程能通訊 ? ?

2.FIFO：任何進(jìn)程間都能通訊，但速度慢 ? ?

3.消息隊(duì)列：容量受到系統(tǒng)限制，且要注意第一次讀的時(shí)候，要考慮上一次沒(méi)有讀完數(shù)據(jù)的問(wèn)題?? ?

4.信號(hào)量：不能傳遞復(fù)雜消息，只能用來(lái)同步 ? ?

5.共享內(nèi)存區(qū)：能夠很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一個(gè)進(jìn)程在寫的時(shí)候，另一個(gè)進(jìn)程要注意讀寫的問(wèn)題，相當(dāng)于線程中的線程安全，當(dāng)然，共享內(nèi)存區(qū)同樣可以用作線程間通訊，不過(guò)沒(méi)這個(gè)必要，線程間本來(lái)就已經(jīng)共享了同一進(jìn)程內(nèi)的一塊內(nèi)存

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來(lái)咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的进程间五种通信方式的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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