进程间通信IPC-消息队列/共享内存

电玩女神 2023-10-11 15:56 42阅读 0赞

本人学习的个人笔记，借鉴过其他博主的一些文章；其中可能有的解释或表达的不正确等等；即笔记 可借鉴 可参考 可指点 ！

一起学习，一起努力！

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### 消息队列 ###

消息队列是由消息的链表，存放在内核中并一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

#### 1、特点 ####

1.  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。
2.  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。
3.  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 ####

// 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1
    int msgget(key_t key, int flag);
    
    // 添加消息：成功返回0，失败返回-1
    int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);
    
    // 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1
    int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);
    
    // 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1
    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。

以下为消息队列单向发送数据的情况

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1Nzc4MDc5_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

### ftok : key\_t ftok( const char \* fname, int id ); ###

系统IPC键值的格式转换函数;系统建立IPC通讯 （[消息队列][Link 1]、[信号量][Link 2]和[共享内存][Link 3]） 时必须指定一个ID值。通常情况下，该id值通过ftok函数得到。

**fname就是你指定的文件名（已经存在的文件名），一般使用当前目录，如：key\_t key;**

key = ftok(".", 1); 这样就是将fname设为当前目录。

**id是子序号。虽然是int类型，但是只使用8bits(1-255）。**

在一般的UNIX实现中，是将文件的[索引节点][Link 4]号取出，前面加上子序号得到key\_t的返回值。

如指定文件的索引节点号为65538，换算成16进制为0x010002，而你指定的ID值为38，换算成16进制为0x26，则最后的key\_t返回值为0x26010002。

**查询文件索引节点号的方法是： ls -i**

当删除重建文件后，索引节点号由操作系统根据当时文件系统的使用情况分配，因此与原来不同，所以得到的索引节点号也不同。

如果要确保key\_t值不变，要么确保ftok的文件不被删除，要么不用ftok，指定一个固定的key\_t值，比如

\#define IPCKEY 0x111

char path\[256\];

sprintf( path, "%s/etc/[config.ini][]", (char\*)getenv("HOME") );

msgid=ftok( path, IPCKEY );

同一段程序，用于保证两个不同用户下的两组相同程序获得互不干扰的IPC键值。

由于etc/config.ini（假定）为应用系统的关键配置文件，因此不存在被轻易删除的问题——即使被删，也会很快被发现并重建（此时应用系统也将被重启）。

消息队列的互相通信程序以及其一些参数解释

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1Nzc4MDc5_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]上面图片内容执行的情况以及结果如下![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1Nzc4MDc5_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

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## 共享内存 ##

指两个或多个进程共享一个给定的存储区。

#### 1、特点 ####

1.  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。
2.  因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步。
3.  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、注意事项 ####

所谓共享内存就是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。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。其他进程能把同一段共享内存段“连接到”他们自己的地址空间里去。所有进程都能访问共享内存中的地址。

如果一个进程向这段共享内存写了数据，所做的改动会即时被有访问同一段共享内存的其他进程看到。共享内存的使用大大降低了在大规模数据处理过程中内存的消耗，但是共享内存的使用中有很多的陷阱，一不注意就很容易导致程序崩溃。

共享内存相比其他几种方式有着更方便的数据控制能力，数据在读写过程中会更透明。当成功导入一块共享内存后，它只是相当于一个字符串指针来指向一块内存，在当前进程下用户可以随意的访问。缺点是，数据写入进程或数据读出进程中，需要附加的数据结构控制。

#### 3、原型 ####

// 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
    int shmget(key_t key, size_t size, int flag);
    
    // 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
    void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);
    
    // 断开与共享内存的连接：成功返回0，失败返回-1
    int shmdt(void *addr); 
    
    // 控制共享内存的相关信息：成功返回0，失败返回-1
    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。

函数**shmat**将连接共享内存到当前进程的地址空间，函数中参数shm\_id指定要引入的共享内存，参数addr与flag组合说明要引入的地址值，通常只有2种用法，addr为0，表明让内核来决定第1个可以引入的位置。addr非零，并且flag中指定SHM\_RND，则此段引入到addr所指向的位置（此操作不推荐使用

**`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。参数addr是调用shmat函数的返回值，函数执行成功返回0，并将该共享内存的shmid\_ds结构的shm\_nattch计数器减1，失败返回–1。

**`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）。其中cmd的值意 义

**IPC\_STAT**：取shm\_id所指向内存共享段的shmid\_ds结构，对参数buf指向的结构赋值

**IPC\_SET**：使用buf指向的结构对sh\_mid段的相关结构赋值

**IPC\_RMID：**删除shm\_id所指向的共享内存段，只有当shmid\_ds结构的shm\_nattch域为零时，才会真正执行删除命令，否则不会删除该段，注意此命令的请求规则与IPC\_SET命令相同

**SHM\_LOCK**：锁定共享内存段在内存，此命令只能由超级用户请求

**SHM\_UNLOCK**：对共享内存段解锁，此命令只能由超级用户请求

下图代码解释吧

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1Nzc4MDc5_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

####  ####

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#### 总结 ####

消息队列

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1Nzc4MDc5_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

共享内存

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1Nzc4MDc5_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1Nzc4MDc5_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20210725235522209.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1Nzc4MDc5,size_16,color_FFFFFF,t_70
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[Link 2]: https://baike.baidu.com/item/%E4%BF%A1%E5%8F%B7%E9%87%8F
[Link 3]: https://baike.baidu.com/item/%E5%85%B1%E4%BA%AB%E5%86%85%E5%AD%98
[Link 4]: https://baike.baidu.com/item/%E7%B4%A2%E5%BC%95%E8%8A%82%E7%82%B9
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