Linux-System V IPC（标准进程间通信）

1、消息队列

消息队列是一种先进先出的队列型数据结构，实际上是系统内核中的一个内部链表。消息被顺序插入队列中，其中发送进程将消息添加到队列末尾，接受进程从队列头读取消息。多个进程可同时向一个消息队列发送消息，也可以同时从一个消息队列中接收消息。发送进程把消息发送到队列尾部，接受进程从消息队列头部读取消息，消息一旦被读出就从队列中删除。

函数原型：

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

        函数功能：向消息队列中发送消息
        函数参数：
                    msqid : 消息队列号
                    msgp  : 消息的结构体地址

struct msgbuf {
            long mtype;       /* 消息类型long  必须>0 */
            char mtext[1];    /* 消息的正文(数值、字符、字符串、结构体等 */
              };

                    msgsz : 消息正文的大小 (不包含类型)
                  msgflg : 发送消息的方式，消息队列为满，默认写阻塞
                           0         阻塞发送
                            IPC_NOWAIT 非阻塞发送
        返回值：成功返回 0

函数原型：

 ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

        函数功能：向消息队列中发送消息
        函数参数：
            msqid : 消息队列号
            msgp: 接收消息后存放消息的结构体地址
        msgsz : 接收消息正文的大小 (不包含类型)
        msgtyp: 接收消息的类型
0 : 直接读取第一条消息
                    >0: 读取类型为mtype的消息
                    <0:读取第一条小于等于mtype绝对值的消息
                        -100 -> 100 -> 99 -> 98
                msgflg: 读取消息的方式，消息队列为空，默认读阻塞
                   0         阻塞
                   IPC_NOWAIT 非阻塞
        返回值：成功返回接收的字节数，失败 -1

函数原型：

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

        函数功能：控制消息队列（获取属性、设置属性、删除等）
        函数参数：
            msqid : 消息队列号
            cmd : 命令
               IPC_STAT : 获取属性将属性放入buf中
               IPC_SET : 设置属性讲buf中的值存入刀消息队列的属性中
                IPC_RMID : 删除消息队列
                buf : 属性结构体地址，第二参数为IPC_RMID,该参数没有意义NULL即可

举例：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

struct msgbuf{
	long mtype;
	char mtext[64];
};

int main(){
	int msgid = 0;				//消息队列号
	key_t key = ftok("/home/linux", 'a');
	
	//创建
    if(-1 == (msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0666))){
    	perror("msgget");return -1;
    }

    struct msgbuf msg;

    //从消息队列中读
    while(1){
        memset(msg.mtext, 0x00, sizeof(msg)-sizeof(long));
        printf("请输入要读取消息的类型 > ");
        scanf("%ld", &msg.mtype);
        //读取
        msgrcv(msgid, &msg, sizeof(msg.mtext), msg.mtype, 0);
        printf("recv data : %s\n", msg.mtext);

        if(strncmp("exit", msg.mtext, 4) == 0)
            break;
    }

    //删除
    msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;	
}

2、共享内存

是所有进程间最高效的通信方式，因为相当于共享内存分配出的物理地址直接映射到两个进程，绑定，以后在进程中对共享内存操作就相当于对分配出的物理地址操作，不需要用户空间和内核空间数据的拷贝过程，因此是最高效的。

为了防止内存碎片，创建共享内存的大小为一页4096字节的整数倍【4K的整数倍】

函数原型：

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

参数：

key : 键值

size: 创建共享内存的大小，4096整数倍

shmflg： IPC_CREAT: 不存在时创建，存在也创建，直接返回ipc对象标识符

IPC_EXCL : 不存在，创建存在返回错误 EEXIST

功能：成功返回共享内存号，失败返回-1

映射函数原型：

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

功能：映射共享内存段首地址到当前进程(拿到共享内存段的首地址)

参数：

shmid: shmget的返回值是共享内存号

shmaddr: 将共享内存段关联到当前调用进程的地址处，一般为NULL，交由系统分配

shmflg : 对共享内存段的操作权限

SHM_RDONLY：只读，并且当前进程对ipc对象具有读权限

0 ：读写权限，并且当前进程对ipc对象具有读写权限

取消映射函数原型：

int shmdt(const void *shmaddr);//功能：取消映射

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

//功能：对共享内存段控制 一般作为删除作用

实例：

write.c

#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>
int main(){
    key_t key;
    int shmid;
    void *addr = NULL;
    char buf[32] = {0}; 
    
    if(-1 == (key = ftok(".", 'a'))){
        perror("ftok");return -1;
    }
    
    //创建共享内存
    if(-1 == (shmid = shmget(key, 4096, IPC_CREAT | 0666))){
        perror("shmget");return -1;
    }
    
    //映射
    if((void *)-1  == (addr = shmat(shmid, NULL, 0))){
        perror("shmat");return -1;
    }

    //对共享内存段操作
    while(1){
        memset(buf, 0x00, sizeof(buf));
        printf("input > ");
        fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
        buf[strlen(buf)-1] = '\0';
        
        sprintf(addr, "%s", buf);
    }
    //取消映射    
    shmdt(addr);

    return 0;
}

read.c

#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>
int main(){
    key_t key;
    int shmid;
    void *addr = NULL;
    char buf[32] = {0}; 
    
    if(-1 == (key = ftok(".", 'a'))){
        perror("ftok");return -1;
    }

    //获取共享内存号
    if(-1 == (shmid = shmget(key, 4096, IPC_CREAT | 0666))){
        perror("shmget");return -1;
    }
    
    //映射
    if((void *)-1  == (addr = shmat(shmid, NULL, 0))){
        perror("shmat");return -1;
    }
    
    //对共享内存段操作--读
    while(1){
        printf("data=%s\n", (char *)addr);        //没有读阻塞，直接返回
    }
    
    shmdt(addr);
    return 0;
}

3、信号量

信号量本身是一个计数器，代表了有无资源和有多少资源可用

P：当一个进程想要访问共享资源的时候，会进行P操作，在进行P操作之前先查看信号量的值是否大于0，如果等于0，则会阻塞，如果大于0，会执行访问临界资源的代码区域，并且将信号量的值-1

V：给一个信号量释放资源，信号量的值+1，如果一个进程因为信号量原本的值为0而阻塞，当进行V操作之后值+1，此时进程会接触阻塞申请资源执行代码区域

int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

功能：创建信号量

参数：

key:键值

nsems: 创建的信号量的个数

semflg: 标志位

返回值：成功返回信号量集的标识符，失败 -1

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

功能：控制信号量

参数：

semid：信号量集的标识符

semnum: 要控制的信号量的编号（一个信号量集中编号从0开始）

cmd:命令

IPC_STAT IPC_SET 对属性操作

IPC_INFO 获取信息

IPC_RMID 删除信号量集

GETALL 返回array中所有信号量的semval(即当前值)。参数semnum被忽略。调用进程必须对信号量集具有读权限。

GETVAL 返回编号为Semnum的信号量的当前值（以返回值形式得到）

SETALL 设置所有信号量集中的信号量的值，调用进程必须对信号量集具有写权限

SETVAL 设置编号为Semnum的信号量的值为第四个参数或者第四个参数联合体中的第一个成员

...: 可变参数具体取决于第三个参数也可单独使用

union semun {
               int              val;    /* Value for SETVAL */
               struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
               unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
               struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO */

           };

返回值：失败-1 成功取决于第三个参数 GETVAL the value of semval.

int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);

功能：对信号量操作

参数：

semid: 信号量集编号

sops: 结构体指针 unsigned short sem_num;

short sem_op 信号量的操作 P申请资源 -1 / V释放资源 +1

IPC_NOWAIT 非阻塞 0阻塞

SEM_UNDO 进程终止时自动撤销

nsops: 操作的信号量的个数

返回值：成功返回 0 失败 -1