linux进程间通信(消息队列、信号量、共享内存等)

CompanynameLinux培训主讲人：肖勇军[e-mail]桂电嵌入式交流群:156619189Linux进程间通信(下)LinuxIPCprogrammeLinux培训课程目标SystemVIPC接口简介–SystemV消息队列–SystemV信号量–SystemV共享内存POSIXIPC接口–Posix消息队列–Posix信号量–Posix共享内存CompanynameLinux培训主讲人：肖勇军[e-mail]桂电嵌入式交流群:156619189Linux培训SystemVIPC接口由于历史原因,linux下的进程通信手段基本上是从Unix平台上的进程通信手段继承而来的.Unix发展做出重大贡献的两大主力AT&T的贝尔实验室及BSD（加州大学伯克利分校的伯克利软件发布中心）在进程间通信方面的侧重点有所不同–贝尔实验室对Unix早期的进程间通信手段进行了系统的改进和扩充，形成了“systemVIPC”，通信进程局限在单个计算机内.–BSD则形成了基于套接口（socket）的进程间通信机制,可以在跨机器进行通信.由于Unix版本的多样性，电子电气工程协会（IEEE）开发了一个独立的Unix标准，这个新的ANSIUnix标准被称为计算机环境的可移植性操作系统界面（POSIX）。他也发展出一套新的IPC接口.Linux本身支持POSIX接口.因此也支持POSIX的IPC接口最初UnixIPC包括：管道、FIFO、信号,SystemVIPC包括：SystemV消息队列、SystemV信号灯、SystemV共享内存区,PosixIPC包括：Posix消息队列、Posix信号灯、Posix共享内存区。SystemVIPC通常在多个操作系统均实现,包括一般的嵌入式Linux系统,因此本课程主要介绍systemVIPCLinux培训Linux的IPCLinux培训SystemVIPC指以下三种类型的IPC：–SystemV消息队列sys/msg.h–SystemV信号灯sys/sem.h–SystemV共享内存区sys/shm.h创建或打开函数–msgget,semget,shmget控制操作函数–msgctl,semctl,shmctl操作函数–msgsnd,msgrcv,semop,shmat,shmdtLinux培训SystemV关键字每一个SystemV对象(消息队列,共享内存和信号量)创建时,需要的第一个参数是整数的Key值,–头文件sys/types.h把key_t定义为一个整数SystemV创建对象时假设进行IPC通讯双方都取了相同的key值.这样将双方关联起来生成key的方法有三种–双方直接设置为一个相同的整数为key值–用IPC_PRIVA让系统自动产生一个key值，–用ftok函数将一个路径转换为key值Linux培训ftok函数ftok函数把一个已存在的路径名和一个整数标识符转换成一个key_t值，称为IPC键(IPCkey)：–#includesys/ipc.h–key_tftok(constchar*pahtname,intid);如果pathname不存在，或者对调用进程不可访问，ftok返回-1不能保证两个不同的路径名与同一个id值的组合产生不同的键。用于产生键的pahtname不能是服务器存活期间由它反复创建并删除的文件，否则会导致ftok多次调用返回不同的值Linux培训SystemVIPC的类型报文（Message）队列（消息队列）：消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列systemV消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。共享内存：使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。信号量（semaphore）：主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。CompanynameLinux培训主讲人：肖勇军[e-mail]桂电嵌入式交流群:156619189Linux培训消息队列消息队列就是一个消息的链表。可以把消息看作一个记录，具有特定的格式以及特定的优先级。对消息队列有写权限的进程可以向中按照一定的规则添加新消息；对消息队列有读权限的进程则可以从消息队列中读走消息。消息队列能够克服早期unix通信机制的一些缺点,如数据量小,没有实时性Linux培训消息队列(2)消息队列消息通常要以一个longmtype放在消息开始,mtype成员代表消息类型，从消息队列中读取消息的一个重要依据就是消息的类型–structmsgbuf{longmtype;charmtext[1];};消息队列与管道以及有名管道相比，具有更大的灵活性–它提供有格式字节流，有利于减少开发人员的工作量–消息具有类型，在实际应用中，可作为优先级使用。这两点是管道以及有名管道所不能比的–消息队列可以在几个进程间复用，而不管这几个进程是否具有亲缘关系，这一点与有名管道很相似；但消息队列是随内核持续的，与有名管道（随进程持续）相比，生命力更强，应用空间更大。Linux培训消息队列编程头文件–#includesys/types.h–#includesys/ipc.h–#includesys/msg.hmsgget打开或创建消息队列–intmsgget(key_tkey,intmsgflg);返回线队列IDmsgrcv从队列接收消息–intmsgrcv(intmsqid,structmsgbuf*msgp,intmsgsz,longmsgtyp,intmsgflg);msgsnd向队列发送消息–intmsgsnd(intmsqid,structmsgbuf*msgp,intmsgsz,intmsgflg);msgctl发送队列控制命令–msgctl(intmsqid,intcmd,structmsqid_ds*buf);–共有三种cmd操作：IPC_STAT、IPC_SET、IPC_RMID。Linux培训消息队列数据结构对于系统中的每个SystemV消息队列，内核维护一个如下的结构：–structmsqid_ds{–structipc_permmsg_perm;/*operationpermissionstruct*/–structmsg*msg_first;/*ptrtofirstmessageonq*/–structmsg*msg_last;/*ptrtolastmessageonq*/–unsignedshortmsg_cbytes;/*current#bytesonq*/–msgqnum_tmsg_qnum;/*#ofmessagesonq*/–msglen_tmsg_qbytes;/*max#ofbytesonq*/–pid_tmsg_lspid;/*pidoflastmsgsnd*/–pid_tmsg_lrpid;/*pidoflastmsgrcv*/–time_tmsg_stime;/*lastmsgsndtime*/–time_tmsg_rtime;/*lastmsgrcvtime*/–time_tmsg_ctime;/*lastchangetime*/–};Linux培训msgget函数#includesys/msg.hintmsgget(key_tkey,intoflag);–返回：成功时为非负标识符，出错时为-1–用于创建一个新的SystemV消息队列或访问一个已经存在的消息队列。参数key和oflag的说明见前。Oflag:取值,IPC_CREAT创建新对象成功，IPC_EXCL检查新对象返回值是一个整数标识符，其他三个msg函数用它来指代该队列。当创建一个消息队列时，msqid_ds结构的如下成员被初始化：–msg_perm结构的uid和cuid被设置为当前进程的有效用户ID，gid和cgid被设置为当前用户的有效组ID；–oflag中的读写权限位存放在msg_perm.mode中；–msg_qnum、msg_lspid、msg_lrpid、msg_stime和msg_rtime被置为0；–msg_ctime被设置成当前时间；–msg_qbytes被设置为系统限制值。Linux培训msgsnd函数#includesys/msg.hintmsgsnd(intmsgid,constvoid*ptr,size_tlength,intflag);返回：成功时为0，出错时为-1该函数用于往消息队列上放置一个消息。msgid是msgget返回的标识符，ptr是一个结构指针，该结构有如下的模板：–structmsgbuf{–longmtype;/*messagetype,mustbe0*/–charmtext[1];/*messagedata*/–};消息类型mtype必须大于0，因为非正消息类型有特殊的指示作用。length参数以字节为单位指定待发送消息的长度。这是位于长整数消息类型之后的用户自定义数据的长度，该长度可以是0。flag参数可以是0，也可以是IPC_NOWAIT。IPC_NOWAIT标志使得msgsnd调用非阻塞。当有如下情形之一时：–在指定的队列中已经有太多的字节(对应msqid_ds结构中的msg_qbytes值)；–在系统范围存在太多的消息。–若设置了IPC_NOWAIT，则msgsnd立即返回，返回一个EAGAIN错误。若未指定该标志，则msgsnd阻塞，直到具备存放新消息的空间；–有msgid标识的消息队列被删除，此时返回EIDRM错误；–被信号中断，此时返回EINTR错误。Linux培训msgrcv函数#includesys/msg.hssize_tmsgrcv(intmsqid,void*ptr,size_tlength,longtype,intflag);返回：成功时为读入缓冲区中数据的字节数，出错时为-1该函数从某个消息队列中读出一个消息。ptr参数指定所接收消息的存放位置。跟msgsnd一样，该指针指向紧挨在真正的消息数据之前返回的长整数类型字段。length指定由ptr指向的缓冲区中数据部分的大小。这是该函数能返回的最大数据量。该长度不包含长整数类型字段。type指定希望从所给定的队列中读出什么样的消息：–type为0，返回队列中第一个消息。每个消息队列是作为一个FIFO链表维护的，所以返回的是队列中最早的消息。–type大于0，返回其类型值为type的第一个消息。–type小于0，返回其类型值小于或等于type参数的绝对值的消息中类型值最小的第一个消息。flag参数指定所请求的消息不在队列中时怎么办。在没有消息时，若设置了IPC_NOWAIT标志，则函数立即返回一个ENOMSG错误；否则，调用者阻塞直到如下某个时间发生：有一个所请求类型的消息可获取；由msqid标识的消息队列被删除，此时返回个EIDRM错误；被某个捕获的信号中断，此时返回EINTR错误。Linux培训msgctl函数#includesys/msg.hintmsgctl(intmsqid,intcmd,structmsqid_ds*buf);返回：成功时为0，出错时为-1该函数提供在一个消息队列上的各种控制操作。msgctl提供三个命令：–IPC_RMID：从系统中删除由msqid指定的消息队列。当前在该队列上的任何消息都被丢弃。此时。第三个参数忽略不用。–IPC_SET：给指定的消息队列设置其msqid_ds结构的以下四个成员：msg_perm.uid、msg_perm.gid、msg_perm.mode和msg_perm.qbytes。它们的