Linux網路編程--處理序間通訊（一），linux網路編程

Linux網路編程--處理序間通訊（一），linux網路編程

處理序間通訊簡介（摘自《Linux網路編程》p85）

　　AT&T 在 UNIX System V 中引入了幾種新的進程通訊方式，即訊息佇列（ MessageQueues），訊號量（ semaphores）和共用記憶體（ shared memory），統稱為 System V IPC。在Linux 系統編程中，它們有著廣泛的應用。
　　System V IPC 的一個顯著的特點，是它的具體執行個體在核心中是以對象的形式出現的，我們稱之為 IPC 對象。每個 IPC 對象在系統核心中都有一個唯一的標識符。通過標識符核心可以正確的引用指定的 IPC 對象.。需要注意的是，標識符的唯一性只在每一類的 IPC 對象內成立。比如說，一個訊息佇列和一個訊號量的標識符可能是相同的，但絕對不會出現兩個有相同標識符的訊息佇列。

　　標識符只在核心中使用， IPC 對象在程式中是通過關鍵字（ key）來訪問的。和 IPC 物件識別碼一樣，關鍵字也必須是唯一的。而且，要訪問同一個 IPC 對象， Server 和 Client必須使用同一個關鍵字。因此，如何構造新的關鍵字使之不和已有的關鍵字衝突，並保證Server 和 Client 使用的關鍵字是相同的，是建立 IPC 對象時首先要解決的一個問題。（具體在後邊的msg通訊中詳解）

通訊方法還有：半雙工管道pipe，具名管道fifo，訊息佇列，訊號量，共用內，socket通訊端等，下面一一介紹：

①半雙工管道：

　　int pipe(int filedes[2]);

　　管道是將兩個進程之間的標準輸入輸出相互對接的機制

　　linux命令中使用的管道 |  ： ls -l | grep *.c  //顯示檔案(輸入端)-(|)-(輸出端)>找到.c結尾檔案

實現：因為半雙工緣故，所以只能實現一段輸入，一段輸出，而不能雙向通訊。所以：實現為，通過管道串連進程，一端開放讀檔案描述，一端開放寫檔案描述

//管道的性質就是，一個進程的輸出作為另一個進程的輸入//那麼我們可以關閉一個進程讀端使之作為輸入端，//另一個進程關閉寫端，讀取資料，接收資料作為管道輸出端//FIFO具名管道//檔案系統中，具名管道是特殊檔案的方式存在的//不同進程可以通過具名管道共用資料//具名管道一直是阻塞方式的，且必須是顯示的通過open建立串連到管道的通道#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>int main(){    int result = 1;    int fd[2];    pid_t pid;    int *write_fd = &fd[1];        //寫檔案描述    int *read_fd = &fd[0];        //讀檔案描述        int nbytes;    char str[] = "管道，你好\n";        char readBuffer[80];    memset(readBuffer,0,sizeof(readBuffer));    result = pipe(fd);        //建立管道    if(-1==result)    {        printf("管道建立失敗！\n");        return -1;    }        pid = fork();            //進程建立分叉程式    if(-1 == pid)    {        printf("fork失敗");        return -1;    }    if(0==pid)            //子進程關閉讀端，寫入字元    {        close(*read_fd);        result = write(*write_fd,str,strlen(str));        printf("寫入%d個資料\n",result);    }    else                //父進程關閉寫端，讀取資料    {        close(*write_fd);        nbytes = read(*read_fd,readBuffer,sizeof(readBuffer));        printf("接收到%d個資料，內容為%s",nbytes,readBuffer);    }    return 0;}

②具名管道

　　int mkfifo(const char* pathname,mode_t mode);

　　類似於普通管道，只是

　　a.在檔案系統中以裝置特殊檔案的形式存在

　　b.不同進程之間可以通過具名管道共用資料

操作區別於普通管道：FIFO中必須顯式通過open建立串連到管道的通道，且總是處於阻塞狀態的

③訊息佇列

　　訊息佇列是核心地址空間的內部鏈表，通過核心在各個進程之間傳遞內容。每個訊息佇列通過唯一IPC標識符標識，不同隊列相對獨立。

　　

//file： msg.h
/* message buffer for msgsnd and msgrcv calls */struct msgbuf {    __kernel_long_t mtype;          /* type of message */    char mtext[1];                  /* message text */};/* Obsolete, used only for backwards compatibility and libc5 compiles */struct msqid_ds {    struct ipc_perm msg_perm;    struct msg *msg_first;        /* first message on queue,unused  */    struct msg *msg_last;        /* last message in queue,unused */    __kernel_time_t msg_stime;    /* last msgsnd time */    __kernel_time_t msg_rtime;    /* last msgrcv time */    __kernel_time_t msg_ctime;    /* last change time */    unsigned long  msg_lcbytes;    /* Reuse junk fields for 32 bit */    unsigned long  msg_lqbytes;    /* ditto */    unsigned short msg_cbytes;    /* current number of bytes on queue */    unsigned short msg_qnum;    /* number of messages in queue */    unsigned short msg_qbytes;    /* max number of bytes on queue */    __kernel_ipc_pid_t msg_lspid;    /* pid of last msgsnd */    __kernel_ipc_pid_t msg_lrpid;    /* last receive pid */};

//filename
/* Obsolete, used only for backwards compatibility and libc5 compiles */struct ipc_perm{    __kernel_key_t    key;　　//函數msgget()使用的索引值　　    __kernel_uid_t    uid;　　//使用者UID    __kernel_gid_t    gid;　　//使用者GID    __kernel_uid_t    cuid;　　//建立者UID    __kernel_gid_t    cgid;　　//建立者GID    __kernel_mode_t    mode; 　　//許可權    unsigned short    seq;　　//序號};

　　核心中的訊息佇列

註：結構list_head 形成一個鏈表，結構msg_msg之中的m_list使得訊息形成鏈表，尋找，插入時，對m_list域進行位移找到位置

相關函數：

　　索引值構建 key_t ftok(const char* pathname,int proj_id);

　　擷取訊息 int msgget(key_t key,int msgflg);

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

　　接收訊息 ssize_t msgrcv(int msqid, void * msgp, size_t msgsz, long msgtype, int msgflg);

　　訊息控制 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);　　//向核心發送cmd命令判斷進行何種操作

一個簡單例子

④訊號量

　　訊號量是一種計數器，用來控制對多個進程共用的資源所進行的訪問。常用作鎖機制（生產者消費者模型是個典型使用）

　　訊號量結構

//filename sys/sem.h
/* arg for semctl system calls. */union semun {    int val;            /* value for SETVAL */    struct semid_ds *buf;    /* buffer for IPC_STAT & IPC_SET */    unsigned short *array;    /* 數組結構 */    struct seminfo *__buf;    /* 訊號量內部結構 */    void *__pad;};

　　相關函數 

　　建立訊號量 int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

　　//key 來自於ftok()

　　訊號量操作函數 int semop(int semid,struct sembuf* sops, unsigned nsops);

　　//訊號量的P,V操作通過向已經建立好的訊號量發送命令完成

　　控制訊號量參數

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

　　//用於在訊號量集合上執行控制操作

#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/sem.h>#include<sys/types.h>typedef int sem_t;union semun{    int val;    struct semid_ds * buf;    unsigned short *array;}arg;sem_t CreateSem(key_t key, int value){    union semun sem;    sem_t semid;    sem.val = value;        semid = semget(key,0,IPC_CREAT);    if(-1 == semid)    {        printf("create semaphore error\n");        return -1;    }        semctl(semid,0,SETVAL,sem);        return semid;}int Sem_P(sem_t semid){struct sembuf sops = {0,+1,IPC_NOWAIT};return (semop(semid,&sops,1));}int Sem_V(sem_t semid){    struct sembuf sops = {0,-1,IPC_NOWAIT};    return (semop(semid,&sops,1));}void SetvalueSem(sem_t semid , int value){    union semun sem;    sem.val = value;    semctl(semid,0,SETVAL,sem);}int GetvalueSem(sem_t semid){    union semun sem;    return semctl(semid,0,GETVAL,sem);}void DestroySem(sem_t semid){    union semun sem;    sem.val = 0;    semctl(semid,0,IPC_RMID,sem);}int main(){    key_t key;    int semid;    char i;    int value = 0;    key = ftok("/ipc/sem",'a');        semid = CreateSem(key,100);    for( i = 0;i <= 3;++i)    {        Sem_P(semid);        Sem_V(semid);        }    value = GetvalueSem(semid);            DestroySem(semid);        return 0;}

⑤共用記憶體（最快捷的方法）沒有中間過程，管道等

　　在多個進程之間共用記憶體地區的一種處理序間通訊方式，在多個進程之間對記憶體段進行映射的方式實現記憶體共用。

  　 相關函數

　　建立共用記憶體函數 int shmget(key_y key, size_t size, int shmflg);

　　獲得共用記憶體位址void * shmat(int shmid,const void* shmaddr, int shmflg);

　　刪除共用記憶體函數 int shmdt(const void* shmadddr);

　　共用記憶體控制函數 int shmctl(int shmid ,int cmd, struct shmid_ds * buf);

⑥訊號

　　用於在一個或多個進程之間傳遞非同步訊號。

　　相關函數

　　訊號截取 sighandler signal(int signum ,sighandler handler);

　　發送訊號 int kill(pid_t pid, int sig);

　　　　　　 int raise(int sig);