Linux下C语言编程--进程通信

Linux下C语言编程--进程通信、消息管理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:#includeintsem_init(sem_t*sem,intpshared,unsignedintvalue);intsem_destroy(sem_t*sem);intsem_wait(sem_t*sem);intsem_trywait(sem_t*sem);intsem_post(sem_t*sem);intsem_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、SystemV信号量为了解决上面哪个问题,我们也可以使用SystemV信号量.很幸运的是Linux实现了SystemV信号量.这样我们就可以用实例来解释了.SystemV信号量的函数主要有下面几个.#include#include#includekey_tftok(char*pathname,charproj);intsemget(key_tkey,intnsems,intsemflg);intsemctl(intsemid,intsemnum,intcmd,unionsemunarg);intsemop(intsemid,structsembuf*spos,intnspos);structsembuf{shortsem_num;/*使用那一个信号*/shortsem_op;/*进行什么操作*/shortsem_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#definePERMSS_IRUSR|S_IWUSRvoidinit_semaphore_struct(structsembuf*sem,intsemnum,intsemop,intsemflg){/*初始话信号灯结构*/sem-sem_num=semnum;sem-sem_op=semop;sem-sem_flg=semflg;}intdel_semaphore(intsemid){/*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*/#if1returnsemctl(semid,0,IPC_RMID);#endif}intmain(intargc,char**argv){charbuffer[MAX_CANON],*c;inti,n;intsemid,semop_ret,status;pid_tchildpid;structsembufsemwait,semsignal;if((argc!=2)||((n=atoi(argv[1]))1)){fprintf(stderr,Usage:%snumber\n\a,argv[0]);exit(1);}/*使用IPC_PRIVATE表示由系统选择一个关键字来创建*//*创建以后信号灯的初始值为0*/if((semid=semget(IPC_PRIVATE,1,PERMS))==-1){fprintf(stderr,[%d]:AcessSemaphoreError:%s\n\a,getpid(),strerror(errno));exit(1);}/*semwait是要求资源的操作(-1)*/init_semaphore_struct(&semwait,0,-1,0);/*semsignal是释放资源的操作(+1)*/init_semaphore_struct(&semsignal,0,1,0);/*开始的时候有一个系统资源(一个标准错误输出)*/if(semop(semid,&semsignal,1)==-1){fprintf(stderr,[%d]:IncrementSemaphoreError:%s\n\a,getpid(),strerror(errno));if(del_semaphore(semid)==-1)fprintf(stderr,[%d]:DestroySemaphoreError:%s\n\a,getpid(),strerror(errno));exit(1);}/*创建一个进程链*/for(i=0;iif(childpid=fork())break;sprintf(buffer,[i=%d]--[Process=%d]--[Parent=%d]--[Child=%d]\n,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]:DecrementSemaphoreError:%s\n\a,getpid(),strerror(errno));}else{while(*c!='\0')fputc(*c++,stderr);/*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]:IncrementSemaphoreError:%s\n\a,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)fprintf(stderr,[%d]:DestroySemaphoreError:%s\n\a,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#includeintmsgget(key_tkey,intmsgflg);intmsgsnd(intmsgid,structmsgbuf*msgp,intmsgsz,intmsgflg);intmsgrcv(intmsgid,structmsgbuf*msgp,intmsgsz,longmsgtype,intmsgflg);intmsgctl(Intmsgid,intcmd,structmsqid_ds*buf);structmsgbuf{longmsgtype;/*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#defineMSG_FILEserver.c#defineBUFFER255#definePERMS_IRUSR|S_IWUSRstructmsgtype{longmtype;charbuffer[BUFFER+1];};intmain(){structmsgtypemsg;key_tkey;intmsgid;i