linux进程通信全面解析

进程IPC 的 7种方式

linux下进程通讯IPC的方式主要有以下7种：

1.文件

2.共享内存

3.信号

4.管道

5.套接字

6.消息列队

7.信号量

以下正文中一一分析下：

1.文件，记得加文件锁 lockf.使用少，略去

2.共享内存

由于内存的保护机制的作用，进程不会简单地将自己的内存空间暴露给其他进程，并允许这些进程进行读写，根据linux下的内存保护机制，进程中的一个指针指向的内存地址是一个虚拟地址，所以不会涉及到真实的物理地址，传递这个地址到其他进程并不能达到我们期望的结果。总之，一个虚拟地址，仅仅在创建它的那个进程中有意义。

任何要被共享的内存都必须经过显示的分配，而不是简单的在堆上分配，

POSIX 共享内存的api：

函数	作用
shm_open	创建一个新的共享区域或者附加在已有的共享区域上，区域被其名字标识，函数返回各文件的描述符，类似于open系统调用
shm_unlink	对 shm_open 返回的文件描述符共享区域进行释放，类似于使用 unlink系统调用对文件进行操作，知道所有的进程都不再饮用该内存后才对其进行释放。
mmap	用于将一个文件映射到某一个内存区中，其中也使用来shm_open返回的文件描述符，函数的返回值是指向文件映射到内存地址的指针。mmap同样可以使用纯文本文件和一些驱动程序的文件描述符
munmap	用于释放mmap所映射的内存区域
msync	同步存取一个映射区域并将高速缓存的数据回写到物理内存中，以便其他进程可以舰艇这些改变

例子程序：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/file.h>
#include<sys/mman.h>
#include<sys/wait.h>
void error_out(constchar* msg)
{
perror(msg);
exit(EXIT_FAILURE);
}
int main(int argc,char*argv[])
{
int r;
constchar*memname ="/mymen";
constsize_t region_size = sysconf(_SC_PAGE_SIZE);
//create the share memory region
int fd = shm_open(memname,O_CREAT | O_TRUNC | O_RDWR,0666);
if(fd ==-1)
error_out("shm_open");
//allocate some memory in the region ,
r = ftruncate(fd,region_size);
if(r !=0)
error_out("ftruncate");
//map the region into the memory
void*ptr = mmap(0,region_size,PROT_READ | PROT_WRITE ,MAP_SHARED,fd,0);
if(ptr == MAP_FAILED)
error_out("mmap");
//useness after mmap called
close(fd);
pid_t pid = fork();
//child
if(pid ==0)
{
u_long *d =(u_long*)ptr;
*d =0xfdefdddd;
exit(0);
}
//parent
else{
int status;
waitpid(pid,&status,0);
printf("child wrote %#1x
",*(u_long*)ptr);
}
//release memory
//umap
r = munmap(ptr,region_size);
if(r !=0)
error_out("munmap");
r = shm_unlink(memname);
if(r !=0)
error_out("shm_ulink");
return0;
}

gcc -o posix_shm posix_shm.c -lrt

-lrt 不可缺少

System V 共享内存的api

函数	作用
shmget	创建一个新的共享区域或者已有的共享区域上（同shm_open +一个内存申请函数）
shmat	用于将一个文件映射到内存区域中（同mmap）
shmdt	用于释放所映射的内存区域（同munmap ）
shmct	对用多个用户，断开其对共享区域的连接（同shm_unlink）

例子，同上，功能完全一样：

说明：shmget函数创建并分配了共享内存区域，所以不需要截断ftruncate 文件描述符的步骤

总体而言，system V的api更得我心啊！

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
#include<sys/wait.h>
void error_out(constchar* msg)
{
perror(msg);
exit(EXIT_FAILURE);
}
int main(int argc,char*argv[])
{
int r;
key_t mykey =12345678;
constsize_t region_size = sysconf(_SC_PAGE_SIZE);
//create the shared memory region
int shmid = shmget(mykey,region_size,IPC_CREAT |0666);
if(shmid ==-1)
error_out("shmget");
//map the region into memory
void*ptr = shmat(shmid,NULL,0);
if(ptr ==(void*)-1)
error_out("shmat");
//useness after mmap called
pid_t pid = fork();
//child
if(pid ==0)
{
u_long *d =(u_long*)ptr;
*d =0xfdefdddd;
exit(0);
}
//parent
else{
int status;
waitpid(pid,&status,0);
printf("child wrote %#1x
",*(u_long*)ptr);
}
//release memory
//umap
r = shmdt(ptr);
if(r ==-1)
error_out("shmdt");
//remove the shared memory region
r = shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
if(r ==-1)
error_out("shmctl");
return0;
}

gcc -o sysv_shm sysv_shm.c

3.信号

可以使用，但是很复杂，且容易出错，略去

4.管道

未命名管道（unnamed pipe）用于父子进程之间，

命名管道 (fifo)，用于一个计算机上平行的进程之间

api说明：

系统调用int pipe(int filedes[2]) ;

返回一对文件描述符

第一个文件描述符fd[0] 的作用表示只读，第二个fd[1]表示只写，

mkfifo(char const *pathname,mode_t mode)用于创建一个有名管道

5.套接字

网络编程另讲

6.消息列队

同样有两套实现，posix和system V

都采用固定大小、基于优先级的消息，接受者必须确定消息的大小，并一次对消息进行读取，否则读取失败，而且要确保所用的进程遵循进程相同的消息结构

system V api：

函数	作用
int msgget(key_t key,int msgflg);	创建或者附加一个消息列队,返回一个msgID
int msgctl(int msgid,int cmd,struct msgid_ds *buf)	可以用于删除一个msgID，当buf参数为空的情况下，删除消息列队的cmd为ipc_rmid
int msgsnd(int qid,void* msg,size_t msgsz,int msgflg)	发送（）
ssize_t msgrcv(int qid,void* msg,size_t msgsz,int msgflg)	接收（）

例子：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/file.h>
#include<sys/msg.h>
#include<sys/ipc.h>
struct message
{
longint mtype;
char mtext[128];
};
void error_out(constchar* msg)
{
perror(msg);
exit(EXIT_FAILURE);
}
//send msg
int send_msg(int qid,int mtype,constchar text[])
{
struct message msg ={
.mtype = mtype
};
strncpy(msg.mtext,text,sizeof(msg.mtext));
int r = msgsnd(qid,&msg,sizeof(msg),0);
if(r ==-1)
error_out("msgsnd");
return r;
}
//recv msg
int recv_msg(int qid,int mtype,struct message* msg)
{
int r = msgrcv(qid,msg,sizeof(struct message),mtype,0);
switch(r)
{
casesizeof(struct message):
break;
case-1:
perror("msgrcv");
break;
default:
printf("only recv %d bytes data
",r);
break;
}
return r;
}
void producer(int mqid)
{
send_msg(mqid,1,"type 1 - first");
send_msg(mqid,2,"type 2 - second");
send_msg(mqid,1,"type 1 - thrid");
}
void consumer(int qid)
{
struct message msg;
int r ;
int i ;
for(i =0;i <3;++i)
{
r = msgrcv(qid,&msg,sizeof(struct message),-2,0);
printf("[%s]
",msg.mtext);
}
}
int main(int argc ,char*argv[])
{
//create a private (unname) message queue
int mqid;
mqid = msgget(IPC_PRIVATE,S_IREAD | S_IWRITE);
if(mqid ==-1)
error_out("msgget");
pid_t pid = fork();
if(pid ==0)
{
consumer(mqid);
exit(0);
}
else
{
int status;
producer(mqid);
wait(&status);
}
//remove the message queue
int r = msgctl(mqid,IPC_RMID,0);
if(r)
perror("msgctl");
return0;
}

gcc -o systemV_mq systemV-mgq.c

./systemV_mq

[type 1 - first]

[type 1 - thrid]

[type 2 - second]

特别指出的是，在消费者函数中将 msgrecv可以接受的消息类型指定为 -2 了，它表明可以接受类型为 2 ，或者优先级更低的消息，而且该数值越低，优先级越高，则越先被接受，为了使接受和发送的次序保持一致，需要将该值设定为0；

总之：当msgrecv的类型为非0 时，消息是按优先级高低进行接收的，

正数，只接受该类型的消息
负数，只接受小于或者等于指定类型绝对值的消息

posix api ：略去

7.信号量 semaphore

用于保持并发进程的同步，信号量类似于并发进程的交通信号灯。

其本质是一个计数器，一种常用的用法是为每个资源都分配一个信号量，所以，信号量计数的增量从来不会大于1 ，注意：是增量或者减量

posix api：

函数	作用
sem_t *sem = sem_open()	创建信号量并初始化为0
sem_post(sem )	信号量 +1
sem_wait(sem )	信号量 -1

system V API

函数	作用
semget	生成信号量ID，
semop	通过不同的op，增或者减信号量

具体例子可以百度下。

基础知识可以参考：

http://www.cnblogs.com/vamei/archive/2012/09/20/2694466.html

http://www.cnblogs.com/vamei/archive/2012/10/09/2715388.html

本文参考：《linux开发工具箱》