linux io 學習筆記（03）---共享內存，信號燈，消息隊列
system V IPC
1）消息隊列
2）共享內存
3）信號燈（信號量集）
1.消息隊列、
ipcs -q 查看系統中使用消息隊列的情況
ipcrm -q +msqid 刪除消息隊列
消息隊列工作原理：在內核空間上創建隊列，信息發送者將發送信息打包成結點添加到隊列中，信息的接受者選擇性從隊列上讀取想要的節點
1）創建隊列，2）向隊列中添加信息，3）從隊列中移除信息，4）實現隊列的控制（獲取隊列的屬性，設置隊列的屬性，刪除不使用的隊列）
1）創建隊列：
函數原型：key_t ftok(const char *pathname,int proj_id);
功能 ：生成key值
參數 ：pathname 路徑名（用戶給定，路徑必須真實存在）
proj_id 傳字符
返回值：成功 key值 隨機數
失敗：-1
函數原型：intmsgget（key_t key,int msgflg）;
功能： 創建消息隊列
參數： key 值 0或非0 key值確保消息隊列的唯一性
msgflg 標誌位 IPC_CREAT|IPC_EXCL|0664 創建並打開消息隊列（如果消息隊列不存在，自動創建，如果存在，返回EEXIST）
0664 按該權限打開消息隊列。
返回值：成功： 消息隊列標識符
失敗 -1
2）添加消息
函數原型：int msgsnd(int msqid,const void *msgp,size_t msgsz,int msgflg);
功能 ：將消息添加到隊列的末尾
參數 ：msqid 消息隊列的標識符
msgp 發送的消息
struct msgbuf{
long mtype; 消息的類型
char mtext[1]; 消息的征文
}；
msgsz 消息征文的大小
msgflg 0 消息隊列沒空間，寫操作阻塞
返回值 ： 成功：0；失敗：-1；
3）將消息從隊列中移除
函數原型：ssize_t masrcv(int msqid,void *msgp,size_t msgsz,long msgtype,int msgflg);
參數 ：msqid 消息隊列標識符
msgp 保存接受的消息（定義和寫入時保持一致）
msgsz 消息正文的大小
msgtype 消息的類型 0 讀取消息隊列中的第一個消息
>0 讀取消息隊列中類型為msgtype 的第一個消息
<0 讀取消息隊列中不小於msgtype 的絕對值，且類型最小的第一個消息
msgflg 0 消息隊列中無數據，讀操作阻塞
返回值：成功 消息正文的大小
失敗 -1
4）對消息隊列的控制
函數原型：int msgctl(int msqid,int cmd,struct msqid_ds *buf);
功能 ：實現對消息隊列的控制
參數 ：msqid 消息隊列的標識符
：cmd 制定消息隊列的操作處理
IPC_STAT 從第三個參數讀取消息隊列的屬性信息
IPC_SET 設置消息隊列的屬性
IPC_RMID 刪除消息隊列
：buf 描述消息隊列屬性的結構體
struct msqid_ds {
struct ipc_perm msg_perm; /* Ownership and permissions */ 消息隊列的權限
time_t msg_stime; /* Time of last msgsnd(2) */ 消息隊列發送消息的時間
time_t msg_rtime; /* Time of last msgrcv(2) */ 消息隊列接受消息的時間
time_t msg_ctime; /* Time of last change */ 消息隊列改變的時間
unsigned long __msg_cbytes; /* Current number of bytes in
queue (nonstandard) */ 消息隊列當前的字節數
msgqnum_t msg_qnum; /* Current number of messages
in queue */ 消息隊列當前消息的個數
msglen_t msg_qbytes; /* Maximum number of bytes
allowed in queue */ 消息隊列最大的字節數
pid_t msg_lspid; /* PID of last msgsnd(2) */ 發送消息的用戶ID
pid_t msg_lrpid; /* PID of last msgrcv(2) */ 接收消息的用戶ID
};
返回值：成功 0
失敗 -1
實現兩個終端數據交互（創建子進程）
2.共享內存
工作原理：系統為每一個進程創建4G的虛擬地址空間，共享內存開辟一塊實際的物理內存區域（共享內存區域）將該區域映射給每一個進程
本質 ：多進程實際都是在訪問同一塊物理內存區域
其通信效率最高，適用場合：實現實時數據傳輸
多進程訪問同一塊物理內存區域，容易產生竟態，共享內存結合同步互斥機制，保證數據的正確性，任何一個時刻只有一個任務在訪問共享的內存區域
1）申請物理內存區域
函數原型：int shmget(key_t key,size_t size,int shmflg);
功能 ：開辟實際物理內存區域
參數 ：key： 來自ftok
：size 物理內存的大小
：shmflg IPC_CREAT|IPC_EXCK|0664 創建並打開物理內存（內存不存在，開辟；已存在，報錯）
返回值 ：成功 共享內存的標識符
失敗 -1
2）將物理內存映射到進程的虛擬地址空間上（進程只需要操作屬於自己的虛擬地址空間，本質訪問實際物理內存）
函數原型： void *shmat(int shmid,const void *shmaddr,int shmflg);
功能 ：將物理內存區域映射到進程的虛擬地址空間（將物理地址轉換為虛擬地址）
參數 ：shmid 共享內存標識符
：shmaddr NULL 將物理內存映射進程一個合理的位置（未使用，且內存足夠大區域）
：shmflg 0 對於共享內存段，可以實現讀寫
返回值 ：成功 鏈接物理內存的虛擬地址
失敗 -1
3）將物理內存釋放
函數原型：int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf);
功能 ：實現對共享內存的控制
參數 ：shmid 共享內存的標識符
：cmd 制定對共享內存的操作
IPC_STAT 從第三個參數中讀取共享內存的屬性信息
IPC_SET 設置共享內存的屬性信息
IPC_RMID 刪除共享內存
：buf 描述共享內存屬性的結構體
struct shmid_ds {
struct ipc_perm shm_perm; /* Ownership and permissions */ 訪問的權限
size_t shm_segsz; /* Size of segment (bytes) */ 共享內存的大小
time_t shm_atime; /* Last attach time */ 上一次被映射的時間
time_t shm_dtime; /* Last detach time */ 上一次被斷開映射的時間
time_t shm_ctime; /* Last change time */ 上一次改變的時間
pid_t shm_cpid; /* PID of creator */ 創建共享內存的用戶ID
pid_t shm_lpid; /* PID of last shmat(2)/shmdt(2) */ 上一次執行映射和斷開映射的進程ID
shmatt_t shm_nattch; /* No. of current attaches */ 被映射的次數（編號）
...
};
返回值：成功 0
失敗 -1
4.信號燈
信號燈：信號量集
信號量的核心：PV操作
1）創建多個信號量
函數原型：int semget(key_t key,int nsems,int semflg);
功能 ：創建或打開多個信號量
參數 ：key 值 ftok
：nsems 創建或打開信號量的個數
：semflg IPC_CREAT|IPC_EXCL|0664 創建並打開信號量（信號量存在，報錯，不存在，自動創建）
： 0664 打開信號量集的標識符
返回值： 成功：信號量集的標識符，失敗：-1
2）申請，釋放信號量
函數原型：int semop(int semid,struct sembuf *sops,unsigned nsops);
功能 ：實現對信號量集的操作
參數 ：semid 信號量集的標識符
: sops:
struct sembuf{
unsigned short sem_num; /* semaphore number */ 信號量的編號
short sem_op; /* semaphore operation */
1 釋放信號量 值+1
0 等待信號量的值變為0
-1 申請信號量 值-1
short sem_flg; /* operation flags */ 默認為0
}
nsops 本次函數操作的信號量的個數
返回值：成功 0
失敗 -1
3)信號量集的控制
函數原型：int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
功能：實現對信號量集中某一個信號量的控制
參數：semid 信號量集的標識符
semnum 信號量集信號量的編號
cmd 指定對信號量的控制
IPC_STAT 獲取信號量的屬性信息
IPC_SET 設置信號量的屬性信息
IPC_RMID 刪除信號量
SETVAL 設置第semnum個信號量的初始值
GETVAL 獲取第semnum個信號量的值
返回值：成功 0
GETVAL 當前信號量的值
失敗 -1
... 附件參數
union semun {
int val; /* Value for SETVAL */
struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */
struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO
(Linux-specific) */
};
信號量的屬性
truct semid_ds {
struct ipc_perm sem_perm; /* Ownership and permissions */ 訪問的權限
time_t sem_otime; /* Last semop time */ 上一次PV操作的時間
time_t sem_ctime; /* Last change time */ 上一次改變的時間
unsigned short sem_nsems; /* No. of semaphores in set */ 信號量集合中信號量個數
};
linux io 學習筆記（03）---共享內存，信號燈，消息隊列