10.1 进程间通信

　　进程间通信的分类：

　　　　文件

　　　　文件锁

　　　　管道和匿名管道FIFO

　　　　信号

　　　　消息队列

　　　　共享内存

　　　　信号量

　　　　互斥量

　　　　条件变量

　　　　读写锁

　　　　套接字

两个进程同时向管道中写数据，内核要保证它们是原子的，内核按照页做限制。

进程间共享信息的三种方式：一个通过文件系统，一个通过内核，一个在应用空间

IPC对象的持续性：

　　随进程持续：一直存在，直到打开的最后一个进程结束。（如pipe和FIFO）

　　随内核持续：一直存在，直到内核自举或者显式删除。（如System V消息队列、共享内存、信号量）

　　随文件系统持续：一直存在，直到显式删除，即使内核自举还存在。（POSIX消息队列、共享内存、信号量（如果是使用映射文件来实现））

查看系统的IPC对象以及它们的一些属性可以使用ipcs命令，如下：

其中key表示键，semid表示这个对象的id，owner表示拥有者。共享内存还有个属性是nattch，表示有多少个人连接上共享内存了。

ipcs -l可以查看IPC对象的一些系统限制：

消息队列提供了从一个进程向另一个进程发送一块数据的方法

每个数据块都有一个类型，接收者进程接收的数据块可以有不同的类型值

消息队列也有管道一样的不足，就是每个消息的最大长度是有上限的（MSGMAX），每个消息队列的总的字节数是有上限的（MSGMNB），系统上消息队列的总数也有一个上限（MSGMNI）。

管道是基于数据流的，先进先出。

消息队列是有边界的，可以后进先出。

消息队列有如下三个限制：

cat /proc/sys/kernel/msgmax 最大消息长度限制

cat /proc/sys/kernel/msgmnb 消息队列总的字节数

cat /proc/sys/kernel/msgmni 消息条目数

使用man 2 msgctl可以查看消息队列的一些数据结构：

struct msqid_ds {
struct ipc_perm msg_perm; /* Ownership and permissions */
time_t msg_stime; /* Time of last msgsnd(2) */
time_t msg_rtime; /* Time of last msgrcv(2) */
time_t msg_ctime; /* Time of last change */
unsigned long __msg_cbytes; /* Current number of bytes in
queue (nonstandard) */
msgqnum_t msg_qnum; /* Current number of messages
in queue */
msglen_t msg_qbytes; /* Maximum number of bytes
allowed in queue */
pid_t msg_lspid; /* PID of last msgsnd(2) */
pid_t msg_lrpid; /* PID of last msgrcv(2) */
};

struct ipc_perm {
key_t __key; /* Key supplied to msgget(2) */
uid_t uid; /* Effective UID of owner */
gid_t gid; /* Effective GID of owner */
uid_t cuid; /* Effective UID of creator */
gid_t cgid; /* Effective GID of creator */
unsigned short mode; /* Permissions */
unsigned short __seq; /* Sequence number */
};

消息队列在内核中的表示如下：

msq_ids存储了消息的一些元信息，具体的消息由内核来管理。

消息队列相关的一些API函数：

msgget函数原型如下：

　　int msgget(key_t key, int msgflg)

　　功能：用来创建和访问一个消息队列

　　参数：

　　　　key表示某个消息队列的名字

　　　　msgflg：由九个权限标志构成，它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样的

　　返回值：成功返回一个非负整数，即该消息队列的标识码；失败返回-1

编写如下的msgget测试函数：

 1 #include <sys/types.h>
 2 #include <unistd.h>
 3 #include <stdio.h>
 4 #include <string.h>
 5 #include <stdlib.h>
 6 #include <errno.h>
 7 #include <sys/msg.h>
 8 
 9 int main()
10 {
11     int msgid;
12     
13     msgid = msgget(0x1234, 0666);
14     if(msgid < 0)
15     {
16         perror("msgget error");
17         exit(0);
18     }
19     
20     return 0;
21 }

这段程序代表打开一个消息队列，执行结果如下：

系统中没有key值为0x1234的消息队列，所以出错返回。我们可以根据errno错误码进行更精确的控制。

我们修改msgget函数的第二个参数，程序如下：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/msg.h>

int main()
{
    int msgid;
    
    msgid = msgget(0x1234, 0666 | IPC_CREAT);
    if(msgid < 0)
    {
        perror("msgget error");
        exit(0);
    }
    
    printf("create msg queue success\n");
    
    return 0;
}

现在的参数表示，如果这个消息队列存在就打开旧的，如果不存在就创建新的。

现在我们的系统中是没有消息队列的，执行结果如下：

使用ipcs查看系统中的消息队列如下：

可以看到确实出现了一个key值为0x1234的消息队列IPC对象。

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