IPC(进程间通信方式的介绍)
进程间通信（IPC）介绍
进程间通信（IPC，InterProcess Communication）是指在不同进程之间传播或交换信息。
IPC的方式通常有管道（包括无名管道和命名管道）、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。
以Linux中的C语言编程为例。
一、管道
管道，通常指无名管道，是 UNIX 系统IPC最古老的形式。
1、特点：
-
它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端。
-
它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）。
-
它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write 等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。
一、管道
管道，通常指无名管道，是 UNIX 系统IPC最古老的形式。
1、特点：
-
它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端。
-
它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）。
-
它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write 等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。
2、原型：
1 #include <unistd.h>
2 int pipe(int fd[2]); // 返回值：若成功返回0，失败返回-1当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符：fd[0]为读而打开，fd[1]为写而打开。如下图：
要关闭管道只需将这两个文件描述符关闭即可。
3、例子
单个进程中的管道几乎没有任何用处。所以，通常调用 pipe 的进程接着调用 fork，这样就创建了父进程与子进程之间的 IPC 通道。如下图所示：
若要数据流从父进程流向子进程，则关闭父进程的读端（fd[0]）与子进程的写端（fd[1]）；反之，则可以使数据流从子进程流向父进程。
1 #include<stdio.h>
2 #include<unistd.h>
3
4 int main()
5 {
6 int fd[2]; // 两个文件描述符
7 pid_t pid;
8 char buff[20];
9
10 if(pipe(fd) < 0) // 创建管道
11 printf("Create Pipe Error!\n");
12
13 if((pid = fork()) < 0) // 创建子进程
14 printf("Fork Error!\n");
15 else if(pid > 0) // 父进程
16 {
17 close(fd[0]); // 关闭读端
18 write(fd[1], "hello world\n", 12);
19 }
20 else
21 {
22 close(fd[1]); // 关闭写端
23 read(fd[0], buff, 20);
24 printf("%s", buff);
25 }
26
27 return 0;
28 }
二、FIFO
FIFO，也称为命名管道，它是一种文件类型。
1、特点
-
FIFO可以在无关的进程之间交换数据，与无名管道不同。
-
FIFO有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。
2、原型
1 #include <sys/stat.h>
2 // 返回值：成功返回0，出错返回-1
3 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);其中的 mode 参数与open函数中的 mode 相同。一旦创建了一个 FIFO，就可以用一般的文件I/O函数操作它。
当 open 一个FIFO时，是否设置非阻塞标志（O_NONBLOCK）的区别：
-
若没有指定
O_NONBLOCK（默认），只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO。类似的，只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它。 -
若指定了
O_NONBLOCK，则只读 open 立即返回。而只写 open 将出错返回 -1 如果没有进程已经为读而打开该 FIFO，其errno置ENXIO。
3、例子
FIFO的通信方式类似于在进程中使用文件来传输数据，只不过FIFO类型文件同时具有管道的特性。在数据读出时，FIFO管道中同时清除数据，并且“先进先出”。下面的例子演示了使用 FIFO 进行 IPC 的过程：
write_fifo.c
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()); // 说明进程ID
15
16 if((fd = open("fifo1", O_WRONLY)) < 0) // 以写打开一个FIFO
17 {
18 perror("Open FIFO Failed");
19 exit(1);
20 }
21
22 for(i=0; i<10; ++i)
23 {
24 time(&tp); // 取系统当前时间
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) // 写入到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); // 关闭FIFO文件
37 return 0;
38 }
read_fifo.c
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) // 创建FIFO管道
14 perror("Create FIFO Failed");
15
16 if((fd = open("fifo1", O_RDONLY)) < 0) // 以读打开FIFO
17 {
18 perror("Open FIFO Failed");
19 exit(1);
20 }
21
22 while((len = read(fd, buf, 1024)) > 0) // 读取FIFO管道
23 printf("Read message: %s", buf);
24
25 close(fd); // 关闭FIFO文件
26 return 0;
27 }
在两个终端里用 gcc 分别编译运行上面两个文件，可以看到输出结果如下：
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
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
上述例子可以扩展成 客户进程—服务器进程 通信的实例，write_fifo的作用类似于客户端，可以打开多个客户端向一个服务器发送请求信息，read_fifo类似于服务器，它适时监控着FIFO的读端，当有数据时，读出并进行处理，但是有一个关键的问题是，每一个客户端必须预先知道服务器提供的FIFO接口，下图显示了这种安排：
三、消息队列
消息队列，是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标识。
1、特点
-
消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。
-
消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除。
-
消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。
2、原型
1 #include <sys/msg.h>
2 // 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1
3 int msgget(key_t key, int flag);
4 // 添加消息：成功返回0，失败返回-1
5 int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);
6 // 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1
7 int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);
8 // 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1
9 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
在以下两种情况下，msgget将创建一个新的消息队列：
- 如果没有与键值key相对应的消息队列，并且flag中包含了
IPC_CREAT标志位。 - key参数为
IPC_PRIVATE。
函数msgrcv在读取消息队列时，type参数有下面几种情况：
type == 0，返回队列中的第一个消息；type > 0，返回队列中消息类型为 type 的第一个消息；type < 0，返回队列中消息类型值小于或等于 type 绝对值的消息，如果有多个，则取类型值最小的消息。
可以看出，type值非 0 时用于以非先进先出次序读消息。也可以把 type 看做优先级的权值。（其他的参数解释，请自行Google之）
3、例子
下面写了一个简单的使用消息队列进行IPC的例子，服务端程序一直在等待特定类型的消息，当收到该类型的消息以后，发送另一种特定类型的消息作为反馈，客户端读取该反馈并打印出来。
msg_server.c
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <sys/msg.h>
4
5 // 用于创建一个唯一的key
6 #define MSG_FILE "/etc/passwd"
7
8 // 消息结构
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 // 获取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 // 创建消息队列
31 if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
32 {
33 perror("msgget error");
34 exit(1);
35 }
36
37 // 打印消息队列ID及进程ID
38 printf("My msqid is: %d.\n", msqid);
39 printf("My pid is: %d.\n", getpid());
40
41 // 循环读取消息
42 for(;;)
43 {
44 msgrcv(msqid, &msg, 256, 888, 0);// 返回类型为888的第一个消息
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; // 客户端接收的消息类型
49 sprintf(msg.mtext, "hello, I'm server %d", getpid());
50 msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
51 }
52 return 0;
53 }
msg_client.c
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <sys/msg.h>
4
5 // 用于创建一个唯一的key
6 #define MSG_FILE "/etc/passwd"
7
8 // 消息结构
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 // 获取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 // 打开消息队列
31 if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
32 {
33 perror("msgget error");
34 exit(1);
35 }
36
37 // 打印消息队列ID及进程ID
38 printf("My msqid is: %d.\n", msqid);
39 printf("My pid is: %d.\n", getpid());
40
41 // 添加消息，类型为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 // 读取类型为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 }
四、信号量
信号量（semaphore）与已经介绍过的 IPC 结构不同，它是一个计数器。信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。
1、特点
-
信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存。
-
信号量基于操作系统的 PV 操作，程序对信号量的操作都是原子操作。
-
每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，而且可以加减任意正整数。
-
支持信号量组。
2、原型
最简单的信号量是只能取 0 和 1 的变量，这也是信号量最常见的一种形式，叫做二值信号量（Binary Semaphore）。而可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。
Linux 下的信号量函数都是在通用的信号量数组上进行操作，而不是在一个单一的二值信号量上进行操作。
1 #include <sys/sem.h>
2 // 创建或获取一个信号量组：若成功返回信号量集ID，失败返回-1
3 int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
4 // 对信号量组进行操作，改变信号量的值：成功返回0，失败返回-1
5 int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);
6 // 控制信号量的相关信息
7 int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);
当semget创建新的信号量集合时，必须指定集合中信号量的个数（即num_sems），通常为1； 如果是引用一个现有的集合，则将num_sems指定为 0 。
在semop函数中，sembuf结构的定义如下：
1 struct sembuf
2 {
3 short sem_num; // 信号量组中对应的序号，0～sem_nums-1
4 short sem_op; // 信号量值在一次操作中的改变量
5 short sem_flg; // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
6 }
其中 sem_op 是一次操作中的信号量的改变量：
-
若
sem_op > 0，表示进程释放相应的资源数，将 sem_op 的值加到信号量的值上。如果有进程正在休眠等待此信号量，则换行它们。 -
若
sem_op < 0，请求 sem_op 的绝对值的资源。- 如果相应的资源数可以满足请求，则将该信号量的值减去sem_op的绝对值，函数成功返回。
- 当相应的资源数不能满足请求时，这个操作与
sem_flg有关。- sem_flg 指定
IPC_NOWAIT，则semop函数出错返回EAGAIN。 - sem_flg 没有指定
IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：- 当相应的资源数可以满足请求，此信号量的semncnt值减1，该信号量的值减去sem_op的绝对值。成功返回；
- 此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
- 进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，此情况下将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR
- sem_flg 指定
-
若
sem_op == 0，进程阻塞直到信号量的相应值为0：- 当信号量已经为0，函数立即返回。
- 如果信号量的值不为0，则依据
sem_flg决定函数动作：- sem_flg指定
IPC_NOWAIT，则出错返回EAGAIN。 - sem_flg没有指定
IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：- 信号量值为0，将信号量的semzcnt的值减1，函数semop成功返回；
- 此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
- 进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，在此情况将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR
- sem_flg指定
在semctl函数中的命令有多种，这里就说两个常用的：
SETVAL：用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。IPC_RMID：删除一个信号量集合。如果不删除信号量，它将继续在系统中存在，即使程序已经退出，它可能在你下次运行此程序时引发问题，而且信号量是一种有限的资源。
3、例子
1 #include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<sys/sem.h>
4
5 // 联合体，用于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 // 初始化信号量
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 // 若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1
28 // 若信号量值为0，进程挂起等待
29 int sem_p(int sem_id)
30 {
31 struct sembuf sbuf;
32 sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
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 // 释放资源并将信号量值+1
46 // 如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
47 int sem_v(int sem_id)
48 {
49 struct sembuf sbuf;
50 sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
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 // 删除信号量集
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; // 信号量集ID
78 key_t key;
79 pid_t pid;
80
81 // 获取key值
82 if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
83 {
84 perror("ftok error");
85 exit(1);
86 }
87
88 // 创建信号量集，其中只有一个信号量
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：初值设为0资源被占用
96 init_sem(sem_id, 0);
97
98 if((pid = fork()) == -1)
99 perror("Fork Error");
100 else if(pid == 0) /*子进程*/
101 {
102 sleep(2);
103 printf("Process child: pid=%d\n", getpid());
104 sem_v(sem_id); /*释放资源*/
105 }
106 else /*父进程*/
107 {
108 sem_p(sem_id); /*等待资源*/
109 printf("Process father: pid=%d\n", getpid());
110 sem_v(sem_id); /*释放资源*/
111 del_sem(sem_id); /*删除信号量集*/
112 }
113 return 0;
114 }
上面的例子如果不加信号量，则父进程会先执行完毕。这里加了信号量让父进程等待子进程执行完以后再执行。
五、共享内存
共享内存（Shared Memory），指两个或多个进程共享一个给定的存储区。
1、特点
-
共享内存是最快的一种 IPC，因为进程是直接对内存进行存取。
-
因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步。
-
信号量+共享内存通常结合在一起使用，信号量用来同步对共享内存的访问。
2、原型
1 #include <sys/shm.h>
2 // 创建或获取一个共享内存：成功返回共享内存ID，失败返回-1
3 int shmget(key_t key, size_t size, int flag);
4 // 连接共享内存到当前进程的地址空间：成功返回指向共享内存的指针，失败返回-1
5 void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);
6 // 断开与共享内存的连接：成功返回0，失败返回-1
7 int shmdt(void *addr);
8 // 控制共享内存的相关信息：成功返回0，失败返回-1
9 int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);
当用shmget函数创建一段共享内存时，必须指定其 size；而如果引用一个已存在的共享内存，则将 size 指定为0 。
当一段共享内存被创建以后，它并不能被任何进程访问。必须使用shmat函数连接该共享内存到当前进程的地址空间，连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间，随后可像本地空间一样访问。
shmdt函数是用来断开shmat建立的连接的。注意，这并不是从系统中删除该共享内存，只是当前进程不能再访问该共享内存而已。
shmctl函数可以对共享内存执行多种操作，根据参数 cmd 执行相应的操作。常用的是IPC_RMID（从系统中删除该共享内存）。
3、例子
下面这个例子，使用了【共享内存+信号量+消息队列】的组合来实现服务器进程与客户进程间的通信。
- 共享内存用来传递数据；
- 信号量用来同步；
- 消息队列用来 在客户端修改了共享内存后 通知服务器读取。
server.c
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 // 消息队列结构
9 struct msg_form {
10 long mtype;
11 char mtext;
12 };
13
14 // 联合体，用于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 // 初始化信号量
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 // 若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1
37 // 若信号量值为0，进程挂起等待
38 int sem_p(int sem_id)
39 {
40 struct sembuf sbuf;
41 sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
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 // 释放资源并将信号量值+1
55 // 如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
56 int sem_v(int sem_id)
57 {
58 struct sembuf sbuf;
59 sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
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 // 删除信号量集
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 // 创建一个信号量集
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); /*初值设为1资源未占用*/
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; /*用于删除共享内存*/
104 struct msqid_ds buf2; /*用于删除消息队列*/
105 struct msg_form msg; /*消息队列用于通知对方更新了共享内存*/
106
107 // 获取key值
108 if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
109 {
110 perror("ftok error");
111 exit(1);
112 }
113
114 // 创建共享内存
115 if((shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT|0666)) == -1)
116 {
117 perror("Create Shared Memory Error");
118 exit(1);
119 }
120
121 // 连接共享内存
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 // 创建消息队列
131 if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
132 {
133 perror("msgget error");
134 exit(1);
135 }
136
137 // 创建信号量
138 semid = creat_sem(key);
139
140 // 读数据
141 while(1)
142 {
143 msgrcv(msqid, &msg, 1, 888, 0); /*读取类型为888的消息*/
144 if(msg.mtext == 'q') /*quit - 跳出循环*/
145 break;
146 if(msg.mtext == 'r') /*read - 读共享内存*/
147 {
148 sem_p(semid);
149 printf("%s\n",shm);
150 sem_v(semid);
151 }
152 }
153
154 // 断开连接
155 shmdt(shm);
156
157 /*删除共享内存、消息队列、信号量*/
158 shmctl(shmid, IPC_RMID, &buf1);
159 msgctl(msqid, IPC_RMID, &buf2);
160 del_sem(semid);
161 return 0;
162 }
client.c
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 // 消息队列结构
9 struct msg_form {
10 long mtype;
11 char mtext;
12 };
13
14 // 联合体，用于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 // 若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1
24 // 若信号量值为0，进程挂起等待
25 int sem_p(int sem_id)
26 {
27 struct sembuf sbuf;
28 sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
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 // 释放资源并将信号量值+1
42 // 如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
43 int sem_v(int sem_id)
44 {
45 struct sembuf sbuf;
46 sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
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循环条件*/
66
67 // 获取key值
68 if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
69 {
70 perror("ftok error");
71 exit(1);
72 }
73
74 // 获取共享内存
75 if((shmid = shmget(key, 1024, 0)) == -1)
76 {
77 perror("shmget error");
78 exit(1);
79 }
80
81 // 连接共享内存
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 // 创建消息队列
90 if ((msqid = msgget(key, 0)) == -1)
91 {
92 perror("msgget error");
93 exit(1);
94 }
95
96 // 获取信号量
97 if((semid = semget(key, 0, 0)) == -1)
98 {
99 perror("semget error");
100 exit(1);
101 }
102
103 // 写数据
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); /*访问资源*/
120 scanf("%s", shm);
121 sem_v(semid); /*释放资源*/
122 /*清空标准输入缓冲区*/
123 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);
124 msg.mtype = 888;
125 msg.mtext = 'r'; /*发送消息通知服务器读数据*/
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 /*清空标准输入缓冲区*/
137 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);
138 }
139 }
140
141 // 断开连接
142 shmdt(shm);
143
144 return 0;
145 }
注意：当scanf()输入字符或字符串时，缓冲区中遗留下了\n，所以每次输入操作后都需要清空标准输入的缓冲区。但是由于 gcc 编译器不支持fflush(stdin)（它只是标准C的扩展），所以我们使用了替代方案：
1 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);
五种通讯方式总结
1.管道：速度慢，容量有限，只有父子进程能通讯
2.FIFO：任何进程间都能通讯，但速度慢
3.消息队列：容量受到系统限制，且要注意第一次读的时候，要考虑上一次没有读完数据的问题
4.信号量：不能传递复杂消息，只能用来同步
5.共享内存区：能够很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一个进程在写的时候，另一个进程要注意读写的问题，相当于线程中的线程安全，当然，共享内存区同样可以用作线程间通讯，不过没这个必要，线程间本来就已经共享了同一进程内的一块内存
补充：
套接字通信
套接字( socket ) ： 套接口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信。
之前写过一个课程设计：基于Internet的Linux客户机/服务器系统通讯设计与实现
是利用sock通信实现的，可以参考一下。
通信过程如下：
8.1命名socket
SOCK_STREAM 式本地套接字的通信双方均需要具有本地地址，其中服务器端的本地地址需要明确指定，指定方法是使用 struct sockaddr_un 类型的变量。
8.2 绑定
SOCK_STREAM 式本地套接字的通信双方均需要具有本地地址，其中服务器端的本地地址需要明确指定，指定方法是使用 struct sockaddr_un 类型的变量，将相应字段赋值，再将其绑定在创建的服务器套接字上，绑定要使用 bind 系统调用，其原形如下：
int bind(int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len);
其中 socket表示服务器端的套接字描述符，address 表示需要绑定的本地地址，是一个 struct sockaddr_un 类型的变量，address_len 表示该本地地址的字节长度。
8.3 监听
服务器端套接字创建完毕并赋予本地地址值（名称，本例中为Server Socket）后，需要进行监听，等待客户端连接并处理请求，监听使用 listen 系统调用，接受客户端连接使用accept系统调用，它们的原形如下：
int listen(int socket, int backlog);
int accept(int socket, struct sockaddr *address, size_t *address_len);- 1
- 2
- 3
其中 socket 表示服务器端的套接字描述符；backlog 表示排队连接队列的长度（若有多个客户端同时连接，则需要进行排队）；address 表示当前连接客户端的本地地址，该参数为输出参数，是客户端传递过来的关于自身的信息；address_len 表示当前连接客户端本地地址的字节长度，这个参数既是输入参数，又是输出参数。
8.4 连接服务器
客户端套接字创建完毕并赋予本地地址值后，需要连接到服务器端进行通信，让服务器端为其提供处理服务。
对于SOCK_STREAM类型的流式套接字，需要客户端与服务器之间进行连接方可使用。连接要使用 connect 系统调用，其原形为
int connect(int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len);- 1
其中socket为客户端的套接字描述符，address表示当前客户端的本地地址，是一个 struct sockaddr_un 类型的变量，address_len 表示本地地址的字节长度。实现连接的代码如下：
connect(client_sockfd, (struct sockaddr*)&client_address, sizeof(client_address));- 1
8.5 相互发送接收数据
无论客户端还是服务器，都要和对方进行数据上的交互，这种交互也正是我们进程通信的主题。一个进程扮演客户端的角色，另外一个进程扮演服务器的角色，两个进程之间相互发送接收数据，这就是基于本地套接字的进程通信。发送和接收数据要使用 write 和 read 系统调用，它们的原形为：
int read(int socket, char *buffer, size_t len);
int write(int socket, char *buffer, size_t len);- 1
- 2
其中 socket 为套接字描述符；len 为需要发送或需要接收的数据长度；
对于 read 系统调用，buffer 是用来存放接收数据的缓冲区，即接收来的数据存入其中，是一个输出参数；
对于 write 系统调用，buffer 用来存放需要发送出去的数据，即 buffer 内的数据被发送出去，是一个输入参数；返回值为已经发送或接收的数据长度。
8.6 断开连接
交互完成后，需要将连接断开以节省资源，使用close系统调用，其原形为：
转载自 http://www.cnblogs.com/CheeseZH/p/5264465.html
旨在为数千万中国开发者提供一个无缝且高效的云端环境，以支持学习、使用和贡献开源项目。
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