进程与线程(四)
- 基于System V IPC对象的进程间通信机制
- SystemV IPC引入
- 查看Linux系统中IPC工具的方式
- 查看所有IPC工具
- 命令:ipcs
- 查看指定的IPC工具
- key值获取方法:ftok()函数
- 消息队列
- 消息队列的特征:
- 消息队列的操作
- 打开或者创建消息队列
- 添加消息
- 读取消息
- 控制消息队列(删除消息队列)
- 共享内存
- 共享内存的特征
- 共享内存的操作
- 打开或者创建共享内存
- 映射共享内存到用户的私有空间
- 取消映射
- 删除共享内存
- 信号量
- 无名信号量
- 有名信号量 (有名信号量的位置:/dev/shm/)
- 创建有名信号量
- 申请资源(p操作)
- 释放资源(V操作)
- 关闭有名信号量
- 删除有名信号量
基于System V IPC对象的进程间通信机制
IPC对象和文件一样,必须先创建,每个IPC对象都有特定Key值,ID值,拥有者,权限和使用大小等,但其读写操作不能使用普通文件的read/write方式。
SystemV IPC引入
1、在传统的UNIX通信机制上进行了优化,形成一种更新的进程间通信机制
2、基于System V IPC相关的通信方式,全部使用ID来访问内存空间(数据存储的空
间)
2-1:ID的来源:创建或者打开内存空间时,内核给用户返回的
思考:毫无关系的两个进程如何得知同一片内存空间的ID?
—》空间谁创建的?
用户进程自己!(哪个用户来创建不限制)
办法:
创建者按照key值来创建并打开内核中的内存空间,最后拿到ID
使用者也按照同一个key值来打开内存空间,最后也能拿到同样的ID
2-2:Key值的来源:
key的来源1:key值是被创建出来的,通信双方只要使用同样的方式,即可获取到同一个Key
key的来源2:直接传入IPC_PRIVATE(死值)–》适合具有亲缘关系的进程间通信
查看Linux系统中IPC工具的方式
查看所有IPC工具
命令:ipcs
查看指定的IPC工具
查看消息队列:
ipcs -q
删除消息队列:
ipcrm -q msgid(ID值)
查看共享内存:
ipcs -m
删除共享内存:
ipcrm -m shmid
查看信号灯集:
ipcs -s
删除信号灯集:
ipcrm -s semid
key值获取方法:ftok()函数
消息队列
消息队列的特征:
1、消息队列是IPC对象的一种,实现两个进程间少量的收据传输,使用率最高
2、消息队列由消息队列ID来唯一标识
3、消息队列就是一个消息的列表(特殊的链式队列)。用户可以在消息队列中添加消息、读取消息等。
4、消息队列可以按照类型来发送/接收消息,先入先出(同一类型),不同类型的消息可以随机存取。
5、数据存放在内核当中
消息队列的操作
打开或者创建消息队列
添加消息
读取消息
控制消息队列(删除消息队列)
案例:创建消息队列收发消息
消息队列添加消息代码:
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#define N 100
//消息结构
typedef struct msgbuf
{
long mtype; //消息类型
char mtext[N]; //消息正文
}MSG;
int main(int argc, const char *argv[])
{
//1,获取key值
key_t key = ftok("./", 88);
if(key < 0)
{
perror("ftok error");
return -1;
}
printf("ftok ok! key = %d\n",key);
//2,打开或者创建消息队列,获得ID值
int msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0664);
if(msgid < 0)
{
perror("msgget error");
return -1;
}
printf("msgget ok! msgid = %d\n",msgid);
//3,发送消息
//构造消息
//给消息类型赋值
MSG m1;
bzero(&m1, sizeof(m1));
m1.mtype = 100;
printf("请输入发送的第1个消息:\n");
fgets(m1.mtext, sizeof(m1.mtext), stdin);
MSG m2;
bzero(&m2, sizeof(m2));
//给消息类型赋值
m2.mtype = 100;
printf("请输入发送的第2个消息:\n");
fgets(m2.mtext, sizeof(m2.mtext), stdin);
MSG m3;
bzero(&m3, sizeof(m3));
//给消息类型赋值
m3.mtype = 300;
printf("请输入发送的第3个消息:\n");
fgets(m3.mtext, sizeof(m3.mtext), stdin);
//发送消息
msgsnd(msgid, &m2, strlen(m2.mtext), 0);
msgsnd(msgid, &m1, strlen(m1.mtext), 0);
msgsnd(msgid, &m3, strlen(m3.mtext), 0);
//删除消息队列
//msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);
return 0;
}
消息队列读取消息代码:
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <strings.h>
#include <errno.h>
#define N 100
//消息结构
typedef struct msgbuf
{
long mtype; //消息类型
char mtext[N]; //消息正文
}MSG;
int main(int argc, const char *argv[])
{
//1,获取key值
key_t key = ftok("./", 88);
if(key < 0)
{
perror("ftok error");
return -1;
}
printf("ftok ok! key = %d\n", key);
//2,打开或者创建消息队列,获得ID值
int msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0664);
if(msgid < 0)
{
perror("msgget error");
return -1;
}
printf("msgget ok! msgid = %d\n", msgid);
//3,读取消息
MSG readMsg;
bzero(&readMsg, sizeof(readMsg));
msgrcv(msgid, &readMsg, sizeof(readMsg.mtext), 0, 0);//参数3为0 默认读取第
一条消息
//打印读取的消息
printf("读取的队列中第一条消息为:%s\n", readMsg.mtext);
//删除消息队列
//msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);
return 0;
}
注意:消息队列中的消息是读取一条则少一条,添加一条则多一条!
共享内存
共享内存的特征
1、共享内存是一种最为高效的进程间通信方式,进程可以直接读写内存(映射之后的内存空间),而不需要任何数据的拷贝
2、为了在多个进程间交换信息,内核专门留出了一块内存区,可以由需要访问的进程将其映射到自己的私有地址空间
3、进程就可以直接读写这一内存区而不需要进行数据的拷贝,从而大大提高的效率。
4、由于多个进程共享一段内存,因此也需要依靠某种同步机制,如互斥锁和信号量等
命令管道和消息队列就存在数据拷贝的过程:如下图
而共享内存之所以高效的图解:如下:
注意:内核空间只有一份,所有进程的内核空间都是共享的。
共享内存的操作
打开或者创建共享内存
映射共享内存到用户的私有空间
取消映射
删除共享内存
案例:共享内存实现数据的交互
共享内存写端代码:
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
//完成key值的获取
key_t key = ftok("./", 22);
if(key < 0)
return -1;
printf("ftok ok!\n");
//共享内存区域申请
int shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0664);
if(shmid < 0)
return -1;
printf("shmget ok!\n");
//映射共享内存到用户私有空间
char *p = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);//0代表共享内存此时可读可写
if(p == (char *)-1)
return -1;
printf("shmat ok!\n");
//操作
printf("请输入写入到共享内存的信息:\n");
fgets(p, 1024, stdin);
//取消映射
if(shmdt(p) < 0)
{
perror("shmdt error");
return -1;
}
printf("shmdt ok!\n");
//删除共享内存
/*
if(shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) < 0)
return -1;
printf("shmctl ok!\n");
*/
return 0;
}
共享内存读端代码:
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
//完成key值的获取
key_t key = ftok("./", 22);
if(key < 0)
return -1;
printf("ftok ok!\n");
//共享内存区域申请
int shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0664);
if(shmid < 0)
return -1;
printf("shmget ok!\n");
//映射共享内存到用户私有空间
char *p = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);//0代表共享内存此时可读可写
if(p == (char *)-1)
return -1;
printf("shmat ok!\n");
//操作
//读取共享内存中的消息
printf("读取的结果为:");
fputs(p, stdout);
//取消映射
if(shmdt(p) < 0)
return -1;
printf("shmdt ok!\n");
//删除共享内存
/*
if(shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) < 0)
return -1;
printf("shmctl ok!\n");
*/
return 0;
}
思考:要是./r此时先运行,则会出现什么情况?
注意:要是想要让该两个进程之间形成一种同步关系,比如:先输入,再输出!如何实现???
—》进程间通信时,要同步可以使用有名信号量!!!
优化:使用有名信号量将上述共享内存的代码优化为同步(先输入, 再输出)
共享内存的写端代码:
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h> /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h> /* For mode constants */
#include <semaphore.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
sem_t *pFgets,*pFputs;
//信号处理函数
void func(int sig)
{
//关闭有名信号量
sem_close(pFgets);
sem_close(pFputs);
//删除有名信号量
sem_unlink("SEM_FEGTS");
sem_unlink("SEM_FPUTS");
exit(0);
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
//注册一个信号和处理函数
signal(SIGINT, func);
//创建2个有名信号量
pFgets = sem_open("SEM_FEGTS", O_RDWR | O_CREAT, 0664, 1);
if(pFgets == SEM_FAILED)
{
printf("sem_open error");
return -1;
}
printf("sem_open_fgets ok!");
pFputs = sem_open("SEM_FPUTS", O_RDWR | O_CREAT, 0664, 0);
if(pFputs == SEM_FAILED)
{
printf("sem_open error");
return -1;
}
printf("sem_open_fputs ok!");
//完成key值的获取
key_t key = ftok("./", 22);
if(key < 0)
return -1;
printf("ftok ok!\n");
//共享内存区域申请
int shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0664);
if(shmid < 0)
return -1;
printf("shmget ok!\n");
//映射共享内存到用户私有空间
char *p = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);//0代表共享内存此时可读可写
if(p == (char *)-1)
return -1;
printf("shmat ok!\n");
//操作
while(1)
{
//申请资源(P操作)
sem_wait(pFgets);
printf("请输入写入到共享内存的信息:\n");
fgets(p, 1024, stdin);
//释放资源(V操作)
sem_post(pFputs);
}
//取消映射
if(shmdt(p) < 0)
{
perror("shmdt error");
return -1;
}
printf("shmdt ok!\n");
//删除共享内存
/*
if(shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) < 0)
return -1;
printf("shmctl ok!\n");
*/
return 0;
}
共享内存的读端代码:
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h> /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h> /* For mode constants */
#include <semaphore.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
sem_t *pFgets,*pFputs;
void func(int sig)
{
//关闭有名信号量
sem_close(pFgets);
sem_close(pFputs);
//删除有名信号量
sem_unlink("SEM_FEGTS");
sem_unlink("SEM_FPUTS");
exit(0);
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
//安装信号和处理函数
signal(SIGINT, func);
pFgets = sem_open("SEM_FEGTS", O_RDWR | O_CREAT, 0664, 1);
if(pFgets == SEM_FAILED)
{
printf("sem_open error");
return -1;
}
printf("sem_open_fgets ok!");
pFputs = sem_open("SEM_FPUTS", O_RDWR | O_CREAT, 0664, 0);
if(pFputs == SEM_FAILED)
{
printf("sem_open error");
return -1;
}
printf("sem_open_fputs ok!");
//完成key值的获取
key_t key = ftok("./", 22);
if(key < 0)
return -1;
printf("ftok ok!\n");
//共享内存区域申请
int shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0664);
if(shmid < 0)
return -1;
printf("shmget ok!\n");
//映射共享内存到用户私有空间
char *p = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);//0代表共享内存此时可读可写
if(p == (char *)-1)
return -1;
printf("shmat ok!\n");
//操作
while(1)
{
//申请资源(P操作)
sem_wait(pFputs);
//读取共享内存中的消息
printf("读取的结果为:");
fputs(p, stdout);
//释放资源(V操作)
sem_post(pFgets);
}
//取消映射
if(shmdt(p) < 0)
return -1;
printf("shmdt ok!\n");
//删除共享内存
/*
if(shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) < 0)
return -1;
printf("shmctl ok!\n");
*/
return 0;
}
当用户在键入输入ctrl c 之后,因为安装了信号处理函数,因此将有名信号量进行了删除,演示如下:
信号量
无名信号量
线程之间需要同步!
有名信号量 (有名信号量的位置:/dev/shm/)
进程之间需要同步!
创建有名信号量
#include <fcntl.h> /* For O_* constants /
#include <sys/stat.h> / For mode constants */
#include <semaphore.h>
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag,
mode_t mode, unsigned int value);
参数1:有名信号量的名字(自己起)
参数2:打开方式:O_RDWR O_RDONLY O_WRONLY O_CREAT
参数3:有名信号量的权限:0664
参数4:给有名信号量的初始值(功能类似于无名信号量的初始化数值的函数sem_init())
Link with -pthread. //编译要连接pthread库!!!
返回值:成功返回指向有名信号量的指针 失败返回SEM_FAILED
申请资源(p操作)
#include <semaphore.h>
int sem_wait(sem_t *sem);
释放资源(V操作)
#include <semaphore.h>
int sem_post(sem_t *sem);
关闭有名信号量
#include <semaphore.h>
int sem_close(sem_t *sem);
删除有名信号量
#include <semaphore.h>
int sem_unlink(const char *name);
参数:有名信号量的名字
案例:使用有名信号量实现进程1先打印hello 进程2再打印world
进程1代码:
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h> /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h> /* For mode constants */
#include <semaphore.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
//创建2个有名信号量
sem_t *pSem1 = sem_open("SEM_1", O_RDWR | O_CREAT, 0664, 1);
if(SEM_FAILED == pSem1)
{
perror("sem_open error");
return -1;
}
printf("sem_open SEM_1 ok!\n");
sem_t *pSem2 = sem_open("SEM_2", O_RDWR | O_CREAT, 0664, 0);
if(SEM_FAILED == pSem2)
{
perror("sem_open error");
return -1;
}
printf("sem_open SEM_2 ok!\n");
while(1)
{
//申请资源
sem_wait(pSem1);
printf("hello\n");
sleep(1);
//释放资源
sem_post(pSem2);
}
//关闭有名信号量
sem_close(pSem1);
sem_close(pSem2);
//删除有名信号量
sem_unlink("SEM_1");
sem_unlink("SEM_2");
return 0;
}
进程2代码:
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h> /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h> /* For mode constants */
#include <semaphore.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
//创建2个有名信号量
sem_t *pSem1 = sem_open("SEM_1", O_RDWR | O_CREAT, 0664, 1);
if(SEM_FAILED == pSem1)
{
perror("sem_open error");
return -1;
}
printf("sem_open SEM_1 ok!\n");
sem_t *pSem2 = sem_open("SEM_2", O_RDWR | O_CREAT, 0664, 0);
if(SEM_FAILED == pSem2)
{
perror("sem_open error");
return -1;
}
printf("sem_open SEM_2 ok!\n");
while(1)
{
//申请资源
sem_wait(pSem2);
printf("world\n");
sleep(1);
//释放资源
sem_post(pSem1);
}
//关闭有名信号量
sem_close(pSem1);
sem_close(pSem2);
//删除有名信号量
sem_unlink("SEM_1");
sem_unlink("SEM_2");
return 0;
}
使用有名管道实现循环聊天
思路:
1、创建两个有名管道,搭配两个子线程,双方对于其中某一个进行你发我收,另一个我发你收即可。
2、双方的收发各自使用线程处理函数解决
eg:clien1.c
#include <stdio.h>
//发送消息
void * send_func(void *arg)
{
//write :fd, buf, strlen()/sizeof()
mkfifo("com1.txt", 0664);
int fw = open("com1.txt", O_WRONLY);
while(1)
{
write(fw, buf, strlen(buf));
}
}
//接收消息
void * recv_func(void *arg)
{
mkfifo("com2.txt", 0664);
int fr = open("com2.txt", O_RDONLY);
while(1)
{
read(fr, buf, sizeof(buf));
}
}
int main()
{
//创建两个子进程
//定义保存线程ID的变量
pthread_t sendTHID;//保存发送子线程的ID号
pthread_t recvTHID;//保存结束子线程的ID号
pthread_create(&sendTHID, NULL, &send_func, NULL);
pthread_create(&recvTHID, NULL, &recv_func, NULL);
//线程分离 ---》当子线程结束时,自动释放其资源
pthread_detach(sendTHID);
pthread_detach(recvTHID);
return 0;
}
eg:clien2.c
#include <stdio.h>
//发送消息
void * send_func(void *arg)
{
//write :fd, buf, strlen()/sizeof()
mkfifo("com2.txt", 0664);
int fw = open("com2.txt", O_WRONLY);
while(1)
{
write(fw, buf, strlen(buf));
}
}
//接收消息
void * recv_func(void *arg)
{
mkfifo("com1.txt", 0664);
int fr = open("com1.txt", O_RDONLY);
while(1)
{
read(fr, buf, sizeof(buf));
}
}
int main()
{
//创建两个子进程
//定义保存线程ID的变量
pthread_t sendTHID;//保存发送子线程的ID号
pthread_t recvTHID;//保存结束子线程的ID号
pthread_create(&sendTHID, NULL, &send_func, NULL);
pthread_create(&recvTHID, NULL, &recv_func, NULL);
//线程分离 ---》当子线程结束时,自动释放其资源
pthread_detach(sendTHID);
pthread_detach(recvTHID);
return 0;
}
安装SIGCHLD信号,回收子进程的退出资源(僵尸进程的资源处理)
#include <stdio.h>
//使用信号处理函数让父进程回收子进程的退出资源
void reclamation_func(int signum)
{
//回收资源
/*
//注意:while()循环只是起到可以进入处理函数内部时,一次性回收好几个子进程的退出资源
思考:如果不加while()循环,则好几个子进程的退出资源需要好几次进入处理函数内部
去回收
while(waitpid(-1, NULL, WNOHANG) < 0)
{
;
}
*/
int ret = waitpid(-1, NULL, WNOHANG);
if(ret < 0)
{
perror("waitpid error");
}
else if(0 == waitpid)
{
printf("还未结束...\n");
}
else
{
printf("回收子进程OK 其PID = %d\n",ret);
}
}
int main()
{
//安装信号:绑定SIGCHLD信号 和一个回收子进程退出资源的信号处理函数
signal(SIGCHLD, reclamation_func);
pid_t pid = fork();
if(pid < 0)
exit(-1);
else if (0 == pid)
{
//子进程
printf("I am child Process!\n");
}
else
{
//父进程
printf("I am Parent Process!\n");
while(1);
}
}