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進程間的五種通信方式介紹

本文轉載自   查看原文   2018-05-02 12:21   1153    面試知識

進程間通信（IPC）介紹

 

進程間通信（IPC，InterProcess Communication）是指在不同進程之間傳播或交換信息。

IPC的方式通常有管道（包括無名管道和命名管道）、消息隊列、信號量、共享存儲、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主機上的兩個進程IPC。

以Linux中的C語言編程為例。

一、管道

管道，通常指無名管道，是 UNIX 系統IPC最古老的形式。

1、特點：

  1. 它是半雙工的（即數據只能在一個方向上流動），具有固定的讀端和寫端。

  2. 它只能用於具有親緣關系的進程之間的通信（也是父子進程或者兄弟進程之間）。

  3. 它可以看成是一種特殊的文件，對於它的讀寫也可以使用普通的read、write 等函數。但是它不是普通的文件，並不屬於其他任何文件系統，並且只存在於內存中。

一、管道

管道，通常指無名管道，是 UNIX 系統IPC最古老的形式。

1、特點：

  1. 它是半雙工的（即數據只能在一個方向上流動），具有固定的讀端和寫端。

  2. 它只能用於具有親緣關系的進程之間的通信（也是父子進程或者兄弟進程之間）。

  3. 它可以看成是一種特殊的文件，對於它的讀寫也可以使用普通的read、write 等函數。但是它不是普通的文件，並不屬於其他任何文件系統，並且只存在於內存中。

2、原型：

1 #include <unistd.h>
2 int pipe(int fd[2]); // 返回值：若成功返回0，失敗返回-1

當一個管道建立時，它會創建兩個文件描述符：fd[0]為讀而打開，fd[1]為寫而打開。如下圖：

要關閉管道只需將這兩個文件描述符關閉即可。

3、例子

單個進程中的管道幾乎沒有任何用處。所以，通常調用 pipe 的進程接着調用 fork，這樣就創建了父進程與子進程之間的 IPC 通道。如下圖所示：

若要數據流從父進程流向子進程，則關閉父進程的讀端（fd[0]）與子進程的寫端（fd[1]）；反之，則可以使數據流從子進程流向父進程。

復制代碼 
 1 #include<stdio.h>
 2 #include<unistd.h>  3  4 int main()  5 {  6 int fd[2]; // 兩個文件描述符  7  pid_t pid;  8 char buff[20];  9 10 if(pipe(fd) < 0) // 創建管道 11 printf("Create Pipe Error!\n"); 12 13 if((pid = fork()) < 0) // 創建子進程 14 printf("Fork Error!\n"); 15 else if(pid > 0) // 父進程 16  { 17 close(fd[0]); // 關閉讀端 18 write(fd[1], "hello world\n", 12); 19  } 20 else 21  { 22 close(fd[1]); // 關閉寫端 23 read(fd[0], buff, 20); 24 printf("%s", buff); 25  } 26 27 return 0; 28 }
復制代碼

二、FIFO

FIFO，也稱為命名管道，它是一種文件類型。

1、特點

  1. FIFO可以在無關的進程之間交換數據，與無名管道不同。

  2. FIFO有路徑名與之相關聯，它以一種特殊設備文件形式存在於文件系統中。

2、原型

1 #include <sys/stat.h>
2 // 返回值：成功返回0，出錯返回-1 3 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

其中的 mode 參數與open函數中的 mode 相同。一旦創建了一個 FIFO，就可以用一般的文件I/O函數操作它。

當 open 一個FIFO時，是否設置非阻塞標志（O_NONBLOCK）的區別：

  • 若沒有指定O_NONBLOCK（默認），只讀 open 要阻塞到某個其他進程為寫而打開此 FIFO。類似的，只寫 open 要阻塞到某個其他進程為讀而打開它。

  • 若指定了O_NONBLOCK，則只讀 open 立即返回。而只寫 open 將出錯返回 -1 如果沒有進程已經為讀而打開該 FIFO，其errno置ENXIO。

3、例子

FIFO的通信方式類似於在進程中使用文件來傳輸數據，只不過FIFO類型文件同時具有管道的特性。在數據讀出時，FIFO管道中同時清除數據，並且“先進先出”。下面的例子演示了使用 FIFO 進行 IPC 的過程：

write_fifo.c

復制代碼 
 1 #include<stdio.h>
 2 #include<stdlib.h> // exit  3 #include<fcntl.h> // O_WRONLY  4 #include<sys/stat.h>  5 #include<time.h> // time  6  7 int main()  8 {  9 int fd; 10 int n, i; 11 char buf[1024]; 12  time_t tp; 13 14 printf("I am %d process.\n", getpid()); // 說明進程ID 15 16 if((fd = open("fifo1", O_WRONLY)) < 0) // 以寫打開一個FIFO 17  { 18 perror("Open FIFO Failed"); 19 exit(1); 20  } 21 22 for(i=0; i<10; ++i) 23  { 24 time(&tp); // 取系統當前時間 25 n=sprintf(buf,"Process %d's time is %s",getpid(),ctime(&tp)); 26 printf("Send message: %s", buf); // 打印 27 if(write(fd, buf, n+1) < 0) // 寫入到FIFO中 28  { 29 perror("Write FIFO Failed"); 30  close(fd); 31 exit(1); 32  } 33 sleep(1); // 休眠1秒 34  } 35 36 close(fd); // 關閉FIFO文件 37 return 0; 38 }
復制代碼

read_fifo.c

復制代碼 
 1 #include<stdio.h>
 2 #include<stdlib.h>  3 #include<errno.h>  4 #include<fcntl.h>  5 #include<sys/stat.h>  6  7 int main()  8 {  9 int fd; 10 int len; 11 char buf[1024]; 12 13 if(mkfifo("fifo1", 0666) < 0 && errno!=EEXIST) // 創建FIFO管道 14 perror("Create FIFO Failed"); 15 16 if((fd = open("fifo1", O_RDONLY)) < 0) // 以讀打開FIFO 17  { 18 perror("Open FIFO Failed"); 19 exit(1); 20  } 21 22 while((len = read(fd, buf, 1024)) > 0) // 讀取FIFO管道 23 printf("Read message: %s", buf); 24 25 close(fd); // 關閉FIFO文件 26 return 0; 27 }
復制代碼

在兩個終端里用 gcc 分別編譯運行上面兩個文件，可以看到輸出結果如下：

復制代碼 
 1 [cheesezh@localhost]$ ./write_fifo  2 I am 5954 process.  3 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:28 2015  4 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:29 2015  5 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:30 2015  6 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:31 2015  7 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:32 2015  8 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:33 2015  9 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:34 2015 10 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:35 2015 11 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:36 2015 12 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:37 2015
復制代碼

 

復制代碼 
 1 [cheesezh@localhost]$ ./read_fifo  2 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:28 2015  3 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:29 2015  4 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:30 2015  5 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:31 2015  6 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:32 2015  7 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:33 2015  8 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:34 2015  9 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:35 2015 10 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:36 2015 11 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:37 2015
復制代碼

上述例子可以擴展成 客戶進程—服務器進程 通信的實例，write_fifo的作用類似於客戶端，可以打開多個客戶端向一個服務器發送請求信息，read_fifo類似於服務器，它適時監控着FIFO的讀端，當有數據時，讀出並進行處理，但是有一個關鍵的問題是，每一個客戶端必須預先知道服務器提供的FIFO接口，下圖顯示了這種安排：

三、消息隊列

消息隊列，是消息的鏈接表，存放在內核中。一個消息隊列由一個標識符（即隊列ID）來標識。

1、特點

  1. 消息隊列是面向記錄的，其中的消息具有特定的格式以及特定的優先級。

  2. 消息隊列獨立於發送與接收進程。進程終止時，消息隊列及其內容並不會被刪除。

  3. 消息隊列可以實現消息的隨機查詢,消息不一定要以先進先出的次序讀取,也可以按消息的類型讀取。

2、原型

復制代碼 
1 #include <sys/msg.h>
2 // 創建或打開消息隊列：成功返回隊列ID，失敗返回-1 3 int msgget(key_t key, int flag); 4 // 添加消息：成功返回0，失敗返回-1 5 int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag); 6 // 讀取消息：成功返回消息數據的長度，失敗返回-1 7 int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag); 8 // 控制消息隊列：成功返回0，失敗返回-1 9 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
復制代碼

在以下兩種情況下，msgget將創建一個新的消息隊列：

  • 如果沒有與鍵值key相對應的消息隊列，並且flag中包含了IPC_CREAT標志位。
  • key參數為IPC_PRIVATE。

函數msgrcv在讀取消息隊列時，type參數有下面幾種情況：

  • type == 0，返回隊列中的第一個消息；
  • type > 0，返回隊列中消息類型為 type 的第一個消息；
  • type < 0，返回隊列中消息類型值小於或等於 type 絕對值的消息，如果有多個，則取類型值最小的消息。

可以看出，type值非 0 時用於以非先進先出次序讀消息。也可以把 type 看做優先級的權值。（其他的參數解釋，請自行Google之）

3、例子

下面寫了一個簡單的使用消息隊列進行IPC的例子，服務端程序一直在等待特定類型的消息，當收到該類型的消息以后，發送另一種特定類型的消息作為反饋，客戶端讀取該反饋並打印出來。

msg_server.c

復制代碼 
 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>  3 #include <sys/msg.h>  4  5 // 用於創建一個唯一的key  6 #define MSG_FILE "/etc/passwd"  7  8 // 消息結構  9 struct msg_form { 10 long mtype; 11 char mtext[256]; 12 }; 13 14 int main() 15 { 16 int msqid; 17  key_t key; 18 struct msg_form msg; 19 20 // 獲取key值 21 if((key = ftok(MSG_FILE,'z')) < 0) 22  { 23 perror("ftok error"); 24 exit(1); 25  } 26 27 // 打印key值 28 printf("Message Queue - Server key is: %d.\n", key); 29 30 // 創建消息隊列 31 if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1) 32  { 33 perror("msgget error"); 34 exit(1); 35  } 36 37 // 打印消息隊列ID及進程ID 38 printf("My msqid is: %d.\n", msqid); 39 printf("My pid is: %d.\n", getpid()); 40 41 // 循環讀取消息 42 for(;;) 43  { 44 msgrcv(msqid, &msg, 256, 888, 0);// 返回類型為888的第一個消息 45 printf("Server: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext); 46 printf("Server: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype); 47 48 msg.mtype = 999; // 客戶端接收的消息類型 49 sprintf(msg.mtext, "hello, I'm server %d", getpid()); 50 msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0); 51  } 52 return 0; 53 }
復制代碼

msg_client.c

復制代碼 
 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>  3 #include <sys/msg.h>  4  5 // 用於創建一個唯一的key  6 #define MSG_FILE "/etc/passwd"  7  8 // 消息結構  9 struct msg_form { 10 long mtype; 11 char mtext[256]; 12 }; 13 14 int main() 15 { 16 int msqid; 17  key_t key; 18 struct msg_form msg; 19 20 // 獲取key值 21 if ((key = ftok(MSG_FILE, 'z')) < 0) 22  { 23 perror("ftok error"); 24 exit(1); 25  } 26 27 // 打印key值 28 printf("Message Queue - Client key is: %d.\n", key); 29 30 // 打開消息隊列 31 if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1) 32  { 33 perror("msgget error"); 34 exit(1); 35  } 36 37 // 打印消息隊列ID及進程ID 38 printf("My msqid is: %d.\n", msqid); 39 printf("My pid is: %d.\n", getpid()); 40 41 // 添加消息，類型為888 42 msg.mtype = 888; 43 sprintf(msg.mtext, "hello, I'm client %d", getpid()); 44 msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0); 45 46 // 讀取類型為777的消息 47 msgrcv(msqid, &msg, 256, 999, 0); 48 printf("Client: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext); 49 printf("Client: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype); 50 return 0; 51 }
復制代碼

四、信號量

信號量（semaphore）與已經介紹過的 IPC 結構不同，它是一個計數器。信號量用於實現進程間的互斥與同步，而不是用於存儲進程間通信數據。

1、特點

  1. 信號量用於進程間同步，若要在進程間傳遞數據需要結合共享內存。

  2. 信號量基於操作系統的 PV 操作，程序對信號量的操作都是原子操作。

  3. 每次對信號量的 PV 操作不僅限於對信號量值加 1 或減 1，而且可以加減任意正整數。

  4. 支持信號量組。

2、原型

最簡單的信號量是只能取 0 和 1 的變量，這也是信號量最常見的一種形式，叫做二值信號量（Binary Semaphore）。而可以取多個正整數的信號量被稱為通用信號量。

Linux 下的信號量函數都是在通用的信號量數組上進行操作，而不是在一個單一的二值信號量上進行操作。

復制代碼 
1 #include <sys/sem.h>
2 // 創建或獲取一個信號量組：若成功返回信號量集ID，失敗返回-1 3 int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags); 4 // 對信號量組進行操作，改變信號量的值：成功返回0，失敗返回-1 5 int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops); 6 // 控制信號量的相關信息 7 int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);
復制代碼

當semget創建新的信號量集合時，必須指定集合中信號量的個數（即num_sems），通常為1； 如果是引用一個現有的集合，則將num_sems指定為 0 。

在semop函數中，sembuf結構的定義如下：

復制代碼 
1 struct sembuf 2 { 3 short sem_num; // 信號量組中對應的序號，0～sem_nums-1 4 short sem_op; // 信號量值在一次操作中的改變量 5 short sem_flg; // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO 6 }
復制代碼

其中 sem_op 是一次操作中的信號量的改變量：

  • 若sem_op > 0，表示進程釋放相應的資源數，將 sem_op 的值加到信號量的值上。如果有進程正在休眠等待此信號量，則換行它們。

  • 若sem_op < 0，請求 sem_op 的絕對值的資源。

    • 如果相應的資源數可以滿足請求，則將該信號量的值減去sem_op的絕對值，函數成功返回。
    • 當相應的資源數不能滿足請求時，這個操作與sem_flg有關。
      • sem_flg 指定IPC_NOWAIT，則semop函數出錯返回EAGAIN。
      • sem_flg 沒有指定IPC_NOWAIT，則將該信號量的semncnt值加1，然后進程掛起直到下述情況發生：
        1. 當相應的資源數可以滿足請求，此信號量的semncnt值減1，該信號量的值減去sem_op的絕對值。成功返回；
        2. 此信號量被刪除，函數smeop出錯返回EIDRM；
        3. 進程捕捉到信號，並從信號處理函數返回，此情況下將此信號量的semncnt值減1，函數semop出錯返回EINTR

  • 若sem_op == 0，進程阻塞直到信號量的相應值為0：

    • 當信號量已經為0，函數立即返回。
    • 如果信號量的值不為0，則依據sem_flg決定函數動作：
      • sem_flg指定IPC_NOWAIT，則出錯返回EAGAIN。
      • sem_flg沒有指定IPC_NOWAIT，則將該信號量的semncnt值加1，然后進程掛起直到下述情況發生：
        1. 信號量值為0，將信號量的semzcnt的值減1，函數semop成功返回；
        2. 此信號量被刪除，函數smeop出錯返回EIDRM；
        3. 進程捕捉到信號，並從信號處理函數返回，在此情況將此信號量的semncnt值減1，函數semop出錯返回EINTR

在semctl函數中的命令有多種，這里就說兩個常用的：

  • SETVAL：用於初始化信號量為一個已知的值。所需要的值作為聯合semun的val成員來傳遞。在信號量第一次使用之前需要設置信號量。
  • IPC_RMID：刪除一個信號量集合。如果不刪除信號量，它將繼續在系統中存在，即使程序已經退出，它可能在你下次運行此程序時引發問題，而且信號量是一種有限的資源。

3、例子

復制代碼 
  1 #include<stdio.h>
 2 #include<stdlib.h>  3 #include<sys/sem.h>  4  5 // 聯合體，用於semctl初始化  6 union semun  7 {  8 int val; /*for SETVAL*/  9 struct semid_ds *buf;  10 unsigned short *array;  11 };  12  13 // 初始化信號量  14 int init_sem(int sem_id, int value)  15 {  16  union semun tmp;  17 tmp.val = value;  18 if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)  19  {  20 perror("Init Semaphore Error");  21 return -1;  22  }  23 return 0;  24 }  25  26 // P操作:  27 // 若信號量值為1，獲取資源並將信號量值-1  28 // 若信號量值為0，進程掛起等待  29 int sem_p(int sem_id)  30 {  31 struct sembuf sbuf;  32 sbuf.sem_num = 0; /*序號*/  33 sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/  34 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;  35  36 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)  37  {  38 perror("P operation Error");  39 return -1;  40  }  41 return 0;  42 }  43  44 // V操作：  45 // 釋放資源並將信號量值+1  46 // 如果有進程正在掛起等待，則喚醒它們  47 int sem_v(int sem_id)  48 {  49 struct sembuf sbuf;  50 sbuf.sem_num = 0; /*序號*/  51 sbuf.sem_op = 1; /*V操作*/  52 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;  53  54 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)  55  {  56 perror("V operation Error");  57 return -1;  58  }  59 return 0;  60 }  61  62 // 刪除信號量集  63 int del_sem(int sem_id)  64 {  65  union semun tmp;  66 if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1)  67  {  68 perror("Delete Semaphore Error"); 69 return -1; 70 } 71 return 0; 72 } 73 74 75 int main() 76 { 77 int sem_id; // 信號量集ID 78 key_t key; 79 pid_t pid; 80 81 // 獲取key值 82 if((key = ftok(".", 'z')) < 0) 83 { 84 perror("ftok error"); 85 exit(1); 86 } 87 88 // 創建信號量集，其中只有一個信號量 89 if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1) 90 { 91 perror("semget error"); 92 exit(1); 93 } 94 95 // 初始化：初值設為0資源被占用 96 init_sem(sem_id, 0); 97 98 if((pid = fork()) == -1) 99 perror("Fork Error"); 100 else if(pid == 0) /*子進程*/ 101 { 102 sleep(2); 103 printf("Process child: pid=%d\n", getpid()); 104 sem_v(sem_id); /*釋放資源*/ 105 } 106 else /*父進程*/ 107 { 108 sem_p(sem_id); /*等待資源*/ 109 printf("Process father: pid=%d\n", getpid()); 110 sem_v(sem_id); /*釋放資源*/ 111 del_sem(sem_id); /*刪除信號量集*/ 112 } 113 return 0; 114 }
復制代碼

上面的例子如果不加信號量，則父進程會先執行完畢。這里加了信號量讓父進程等待子進程執行完以后再執行。

五、共享內存

共享內存（Shared Memory），指兩個或多個進程共享一個給定的存儲區。

1、特點

  1. 共享內存是最快的一種 IPC，因為進程是直接對內存進行存取。

  2. 因為多個進程可以同時操作，所以需要進行同步。

  3. 信號量+共享內存通常結合在一起使用，信號量用來同步對共享內存的訪問。

2、原型

復制代碼 
1 #include <sys/shm.h>
2 // 創建或獲取一個共享內存：成功返回共享內存ID，失敗返回-1 3 int shmget(key_t key, size_t size, int flag); 4 // 連接共享內存到當前進程的地址空間：成功返回指向共享內存的指針，失敗返回-1 5 void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag); 6 // 斷開與共享內存的連接：成功返回0，失敗返回-1 7 int shmdt(void *addr); 8 // 控制共享內存的相關信息：成功返回0，失敗返回-1 9 int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);
復制代碼

當用shmget函數創建一段共享內存時，必須指定其 size；而如果引用一個已存在的共享內存，則將 size 指定為0 。

當一段共享內存被創建以后，它並不能被任何進程訪問。必須使用shmat函數連接該共享內存到當前進程的地址空間，連接成功后把共享內存區對象映射到調用進程的地址空間，隨后可像本地空間一樣訪問。

shmdt函數是用來斷開shmat建立的連接的。注意，這並不是從系統中刪除該共享內存，只是當前進程不能再訪問該共享內存而已。

shmctl函數可以對共享內存執行多種操作，根據參數 cmd 執行相應的操作。常用的是IPC_RMID（從系統中刪除該共享內存）。

3、例子

下面這個例子，使用了【共享內存+信號量+消息隊列】的組合來實現服務器進程與客戶進程間的通信。

  • 共享內存用來傳遞數據；
  • 信號量用來同步；
  • 消息隊列用來 在客戶端修改了共享內存后 通知服務器讀取。

server.c

復制代碼 
  1 #include<stdio.h>
 2 #include<stdlib.h>  3 #include<sys/shm.h> // shared memory  4 #include<sys/sem.h> // semaphore  5 #include<sys/msg.h> // message queue  6 #include<string.h> // memcpy  7  8 // 消息隊列結構  9 struct msg_form {  10 long mtype;  11 char mtext;  12 };  13  14 // 聯合體，用於semctl初始化  15 union semun  16 {  17 int val; /*for SETVAL*/  18 struct semid_ds *buf;  19 unsigned short *array;  20 };  21  22 // 初始化信號量  23 int init_sem(int sem_id, int value)  24 {  25  union semun tmp;  26 tmp.val = value;  27 if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)  28  {  29 perror("Init Semaphore Error");  30 return -1;  31  }  32 return 0;  33 }  34  35 // P操作:  36 // 若信號量值為1，獲取資源並將信號量值-1  37 // 若信號量值為0，進程掛起等待  38 int sem_p(int sem_id)  39 {  40 struct sembuf sbuf;  41 sbuf.sem_num = 0; /*序號*/  42 sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/  43 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;  44  45 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)  46  {  47 perror("P operation Error");  48 return -1;  49  }  50 return 0;  51 }  52  53 // V操作：  54 // 釋放資源並將信號量值+1  55 // 如果有進程正在掛起等待，則喚醒它們  56 int sem_v(int sem_id)  57 {  58 struct sembuf sbuf;  59 sbuf.sem_num = 0; /*序號*/  60 sbuf.sem_op = 1; /*V操作*/  61 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;  62  63 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)  64  {  65 perror("V operation Error");  66 return -1;  67  } 68 return 0; 69 } 70 71 // 刪除信號量集 72 int del_sem(int sem_id) 73 { 74 union semun tmp; 75 if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1) 76 { 77 perror("Delete Semaphore Error"); 78 return -1; 79 } 80 return 0; 81 } 82 83 // 創建一個信號量集 84 int creat_sem(key_t key) 85 { 86 int sem_id; 87 if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1) 88 { 89 perror("semget error"); 90 exit(-1); 91 } 92 init_sem(sem_id, 1); /*初值設為1資源未占用*/ 93 return sem_id; 94 } 95 96 97 int main() 98 { 99 key_t key; 100 int shmid, semid, msqid; 101 char *shm; 102 char data[] = "this is server"; 103 struct shmid_ds buf1; /*用於刪除共享內存*/ 104 struct msqid_ds buf2; /*用於刪除消息隊列*/ 105 struct msg_form msg; /*消息隊列用於通知對方更新了共享內存*/ 106 107 // 獲取key值 108 if((key = ftok(".", 'z')) < 0) 109 { 110 perror("ftok error"); 111 exit(1); 112 } 113 114 // 創建共享內存 115 if((shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT|0666)) == -1) 116 { 117 perror("Create Shared Memory Error"); 118 exit(1); 119 } 120 121 // 連接共享內存 122 shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0); 123 if((int)shm == -1) 124 { 125 perror("Attach Shared Memory Error"); 126 exit(1); 127 } 128 129 130 // 創建消息隊列 131 if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1) 132 { 133 perror("msgget error"); 134 exit(1); 135 } 136 137 // 創建信號量 138 semid = creat_sem(key); 139 140 // 讀數據 141 while(1) 142 { 143 msgrcv(msqid, &msg, 1, 888, 0); /*讀取類型為888的消息*/ 144 if(msg.mtext == 'q') /*quit - 跳出循環*/ 145 break; 146 if(msg.mtext == 'r') /*read - 讀共享內存*/ 147 { 148 sem_p(semid); 149 printf("%s\n",shm); 150 sem_v(semid); 151 } 152 } 153 154 // 斷開連接 155 shmdt(shm); 156 157 /*刪除共享內存、消息隊列、信號量*/ 158 shmctl(shmid, IPC_RMID, &buf1); 159 msgctl(msqid, IPC_RMID, &buf2); 160 del_sem(semid); 161 return 0; 162 }
復制代碼

client.c

復制代碼 
  1 #include<stdio.h>
 2 #include<stdlib.h>  3 #include<sys/shm.h> // shared memory  4 #include<sys/sem.h> // semaphore  5 #include<sys/msg.h> // message queue  6 #include<string.h> // memcpy  7  8 // 消息隊列結構  9 struct msg_form {  10 long mtype;  11 char mtext;  12 };  13  14 // 聯合體，用於semctl初始化  15 union semun  16 {  17 int val; /*for SETVAL*/  18 struct semid_ds *buf;  19 unsigned short *array;  20 };  21  22 // P操作:  23 // 若信號量值為1，獲取資源並將信號量值-1  24 // 若信號量值為0，進程掛起等待  25 int sem_p(int sem_id)  26 {  27 struct sembuf sbuf;  28 sbuf.sem_num = 0; /*序號*/  29 sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/  30 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;  31  32 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)  33  {  34 perror("P operation Error");  35 return -1;  36  }  37 return 0;  38 }  39  40 // V操作：  41 // 釋放資源並將信號量值+1  42 // 如果有進程正在掛起等待，則喚醒它們  43 int sem_v(int sem_id)  44 {  45 struct sembuf sbuf;  46 sbuf.sem_num = 0; /*序號*/  47 sbuf.sem_op = 1; /*V操作*/  48 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;  49  50 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)  51  {  52 perror("V operation Error");  53 return -1;  54  }  55 return 0;  56 }  57  58  59 int main()  60 {  61  key_t key;  62 int shmid, semid, msqid;  63 char *shm;  64 struct msg_form msg;  65 int flag = 1; /*while循環條件*/  66  67 // 獲取key值  68 if((key = ftok(".", 'z')) < 0) 69 { 70 perror("ftok error"); 71 exit(1); 72 } 73 74 // 獲取共享內存 75 if((shmid = shmget(key, 1024, 0)) == -1) 76 { 77 perror("shmget error"); 78 exit(1); 79 } 80 81 // 連接共享內存 82 shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0); 83 if((int)shm == -1) 84 { 85 perror("Attach Shared Memory Error"); 86 exit(1); 87 } 88 89 // 創建消息隊列 90 if ((msqid = msgget(key, 0)) == -1) 91 { 92 perror("msgget error"); 93 exit(1); 94 } 95 96 // 獲取信號量 97 if((semid = semget(key, 0, 0)) == -1) 98 { 99 perror("semget error"); 100 exit(1); 101 } 102 103 // 寫數據 104 printf("***************************************\n"); 105 printf("* IPC *\n"); 106 printf("* Input r to send data to server. *\n"); 107 printf("* Input q to quit. *\n"); 108 printf("***************************************\n"); 109 110 while(flag) 111 { 112 char c; 113 printf("Please input command: "); 114 scanf("%c", &c); 115 switch(c) 116 { 117 case 'r': 118 printf("Data to send: "); 119 sem_p(semid); /*訪問資源*/ 120 scanf("%s", shm); 121 sem_v(semid); /*釋放資源*/ 122 /*清空標准輸入緩沖區*/ 123 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF); 124 msg.mtype = 888; 125 msg.mtext = 'r'; /*發送消息通知服務器讀數據*/ 126 msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0); 127 break; 128 case 'q': 129 msg.mtype = 888; 130 msg.mtext = 'q'; 131 msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0); 132 flag = 0; 133 break; 134 default: 135 printf("Wrong input!\n"); 136 /*清空標准輸入緩沖區*/ 137 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF); 138 } 139 } 140 141 // 斷開連接 142 shmdt(shm); 143 144 return 0; 145 }
復制代碼

注意：當scanf()輸入字符或字符串時，緩沖區中遺留下了\n，所以每次輸入操作后都需要清空標准輸入的緩沖區。但是由於 gcc 編譯器不支持fflush(stdin)（它只是標准C的擴展），所以我們使用了替代方案：

1 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);


五種通訊方式總結

 

1.管道：速度慢，容量有限，只有父子進程能通訊    

2.FIFO：任何進程間都能通訊，但速度慢    

3.消息隊列：容量受到系統限制，且要注意第一次讀的時候，要考慮上一次沒有讀完數據的問題    

4.信號量：不能傳遞復雜消息，只能用來同步    

5.共享內存區：能夠很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一個進程在寫的時候，另一個進程要注意讀寫的問題，相當於線程中的線程安全，當然，共享內存區同樣可以用作線程間通訊，不過沒這個必要，線程間本來就已經共享了同一進程內的一塊內存


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