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1、Linux 下 C 语言编程- 进程通信、消息管理 http:/ 作者:hoyt (2001-05-08 11:38:03) 前言:Linux 下的进程通信(IPC) Linux 下的进程通信(IPC) 1.POSIX 无名信号量 2.System V 信号量 3.System V 消息队列 4.System V 共享内存 - 1。POSIX 无名信号量 如果你学习过操作系统,那么肯定熟悉 PV 操作了.PV 操作是原子操作.也就是操作是不可以中断的,在一定的时间内,只能够有一个进程的代码在 CPU 上面执行.在系统当中,有时候为了顺利的使用和保护共享资源,大家提出了信号的概念. 假设我们要使
2、用一台打印机,如果在同一时刻有两个进程在向打印机输出,那么最终的结果会是什么呢.为了处理这种情况,POSIX 标准提出了有名信号量和无名信号量的概念,由于 Linux 只实现了无名信号量,我们在这里就只是介绍无名信号量了. 信号量的使用主要是用来保护共享资源,使的资源在一个时刻只有一个进程所拥有.为此我们可以使用一个信号灯.当信号灯的值为某个值的时候,就表明此时资源不可以使用.否则就表示可以使用. 为了提供效率,系统提供了下面几个函数 POSIX 的无名信号量的函数有以下几个: #include int sem_init(sem_t *sem,int pshared,unsigned int
3、value); int sem_destroy(sem_t *sem); int sem_wait(sem_t *sem); int sem_trywait(sem_t *sem); int sem_post(sem_t *sem); int sem_getvalue(sem_t *sem); sem_init 创建一个信号灯,并初始化其值为 value.pshared 决定了信号量能否在几个进程间共享.由于目前 Linux 还没有实现进程间共享信号灯,所以这个值只能够取 0. sem_destroy 是用来删除信号灯的.sem_wait 调用将阻塞进程,直到信号灯的值大于 0.这个函数返回的
4、时候自动的将信号灯的值的件一.sem_post 和 sem_wait 相反,是将信号灯的内容加一同时发出信号唤醒等待的进程.sem_trywait 和 sem_wait 相同,不过不阻塞的,当信号灯的值为 0 的时候返回EAGAIN,表示以后重试.sem_getvalue 得到信号灯的值. 由于 Linux 不支持,我们没有办法用源程序解释了. 这几个函数的使用相当简单的.比如我们有一个程序要向一个系统打印机打印两页.我们首先创建一个信号灯,并使其初始值为 1,表示我们有一个资源可用.然后一个进程调用 sem_wait由于这个时候信号灯的值为 1,所以这个函数返回,打印机开始打印了,同时信号灯
5、的值为 0 了. 如果第二个进程要打印,调用 sem_wait 时候,由于信号灯的值为 0,资源不可用,于是被阻塞了.当第一个进程打印完成以后,调用 sem_post 信号灯的值为 1 了,这个时候系统通知第二个进程,于是第二个进程的 sem_wait 返回.第二个进程开始打印了. 不过我们可以使用线程来解决这个问题的.我们会在后面解释什么是线程的.编译包含上面这几个函数的程序要加上 -lrt 选贤,以连接 librt.so 库 2。System V 信号量 为了解决上面哪个问题,我们也可以使用 System V 信号量.很幸运的是Linux 实现了 System V 信号量.这样我们就可以用
6、实例来解释了. System V 信号量的函数主要有下面几个. #include #include #include key_t ftok(char *pathname,char proj); int semget(key_t key,int nsems,int semflg); int semctl(int semid,int semnum,int cmd,union semun arg); int semop(int semid,struct sembuf *spos,int nspos); struct sembuf short sem_num; /* 使用那一个信号 */ short
7、sem_op; /* 进行什么操作 */ short sem_flg; /* 操作的标志 */ ; ftok 函数是根据 pathname 和 proj 来创建一个关键字.semget 创建一个信号量.成功时返回信号的 ID,key 是一个关键字 ,可以是用 ftok 创建的也可以是 IPC_PRIVATE 表明由系统选用一个关键字. nsems 表明我们创建的信号个数.semflg 是创建的权限标志,和我们创建一个文件的标志相同. semctl 对信号量进行一系列的控制.semid 是要操作的信号标志,semnum 是信号的个数,cmd是操作的命令.经常用的两个值是:SETVAL(设置信号量
8、的值)和 IPC_RMID(删除信号灯).arg是一个给 cmd 的参数. semop 是对信号进行操作的函数.semid 是信号标志,spos 是一个操作数组表明要进行什么操作,nspos 表明数组的个数. 如果 sem_op 大于 0,那么操作将 sem_op 加入到信号量的值中,并唤醒等待信号增加的进程. 如果为 0,当信号量的值是 0 的时候,函数返回,否则阻塞直到信号量的值为 0. 如果小于 0,函数判断信号量的值加上这个负值.如果结果为 0 唤醒等待信号量为 0 的进程,如果小与 0 函数阻塞.如果大于 0,那么从信号量里面减去这个值并返回. 下面我们一以一个实例来说明这几个函数的
9、使用方法.这个程序用标准错误输出来代替我们用的打印机. #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define PERMS S_IRUSR|S_IWUSR void init_semaphore_struct(struct sembuf *sem,int semnum, int semop,int semflg) /* 初始话信号灯结构 */ sem-sem_num=semnum; sem-sem_op=semop; sem-sem_flg=semflg;
10、 int del_semaphore(int semid) /* 信号灯并不随程序的结束而被删除 ,如果我们没删除的话(将 1 改为 0) 可以用 ipcs 命令查看到信号灯,用 ipcrm 可以删除信号灯的 */ #if 1 return semctl(semid,0,IPC_RMID); #endif int main(int argc,char *argv) char bufferMAX_CANON,*c; int i,n; int semid,semop_ret,status; pid_t childpid; struct sembuf semwait,semsignal; if(ar
11、gc!=2)|(n=atoi(argv1)Process=%dParent=%dChild=%dn, i,getpid(),getppid(),childpid); c=buffer; /* 这里要求资源,进入原子操作 */ while(semop_ret=semop(semid,&semwait,1)=-1)&(errno=EINTR); if(semop_ret=-1) fprintf(stderr,%d:Decrement Semaphore Error:%sna, getpid(),strerror(errno); else while(*c!=0)fputc(*c+,stderr);
12、 /* 原子操作完成,赶快释放资源 */ while(semop_ret=semop(semid,&semsignal,1)=-1)&(errno=EINTR); if(semop_ret=-1) fprintf(stderr,%d:Increment Semaphore Error:%sna, getpid(),strerror(errno); /* 不能够在其他进程反问信号灯的时候 ,我们删除了信号灯 */ while(wait(&status)=-1)&(errno=EINTR); /* 信号灯只能够被删除一次的 */ if(i=1) if(del_semaphore(semid)=-1
13、) fprintf(stderr,%d:Destroy Semaphore Error:%sna, getpid(),strerror(errno); exit(0); 信号灯的主要用途是保护临界资源(在一个时刻只被一个进程所拥有). 3。SystemV 消息队列 为了便于进程之间通信,我们可以使用管道通信 SystemV 也提供了一些函数来实现进程的通信.这就是消息队列. #include #include #include int msgget(key_t key,int msgflg); int msgsnd(int msgid,struct msgbuf *msgp,int msgsz
14、,int msgflg); int msgrcv(int msgid,struct msgbuf *msgp,int msgsz, long msgtype,int msgflg); int msgctl(Int msgid,int cmd,struct msqid_ds *buf); struct msgbuf long msgtype; /* 消息类型 */ . /* 其他数据类型 */ msgget 函数和 semget 一样,返回一个消息队列的标志 .msgctl 和 semctl 是对消息进行控制. msgsnd 和 msgrcv 函数是用来进行消息通讯的.msgid 是接受或者发送
15、的消息队列标志 . msgp是接受或者发送的内容.msgsz 是消息的大小. 结构 msgbuf 包含的内容是至少有一个为msgtype.其他的成分是用户定义的.对于发送函数 msgflg 指出缓冲区用完时候的操作.接受函数指出无消息时候的处理.一般为 0. 接收函数 msgtype 指出接收消息时候的操作. 如果 msgtype=0,接收消息队列的第一个消息 .大于 0 接收队列中消息类型等于这个值的第一个消息.小于 0 接收消息队列中小于或者等于 msgtype 绝对值的所有消息中的最小一个消息. 我们以一个实例来解释进程通信.下面这个程序有 server 和 client 组成.先运行服务端后运行客户端. 服务端 server.c #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define MSG_FILE server.c #define BUFFER 255 #define PERM S_IRUSR|S_IWUSR struct msgtype long mtype; char bu
