进程间通信：简称ipc（Inter-Process Communication）。进程间通信是指两个进程的数据之间产生交互。
目录
一.无名管道（pipe）
二.命名管道（FIFO）
三.消息队列
四.信号量
五.共享内存
一.无名管道（pipe）
1.特点：
①半双工（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的写端和读端
②只能用于父子进程或兄弟进程之间
③可以把它当做是一个文件使用read等函数操作，但它不是普通文件，并不属于其他文件系统，只存于内存中。
2.原型：
1. #include2. Int pipe(int fd[2]); //返回值，若成功返回 0，失败返回-1 当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符：fd[0]为读而打开，fd[1]为写而
3.例子：
#include#include int main() { int pid; int fd[2]; char buff[128]; if(pipe(fd)==-1){ //创建管道 printf("pipe failedn"); } if((pid=fork())==-1){ //创建子进程 printf("fork failedn"); }else if(pid==0){ //child close(fd[1]); read(fd[0],buff,128); printf("child:message is %sn",buff); }else if(pid>0){ //father close(fd[0]); write(fd[1],"hello world",128); } return 0; }
二.命名管道（FIFO）
1.特点：
① FIFO 可以在无关的进程之间交换数据，与无名管道不同
②FIFO 有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。
2.原型
#include//返回值：成功返回 0，出错返回-1 Int mkfifo (const char *pathname, mode_t mode )；
3例子：
读端：
include#include #include #include #include #include #include #include int main() { int fd; char read_buff[128]; if(mkfifo("./file",0600)==-1 && errno!=EEXIST){ //当fifo创建失败，并且不是因为文件已存在 perror("mkfifo"); } fd = open("./file",O_RDONLY); //打开管道，以只读方式 read(fd,read_buff,128); //读数据，没有数据时阻塞 printf("message is: %sn",read_buff); close(fd); return 0; }
写端：
#include#include #include #include #include #include #include #include int main() { int fd; if(mkfifo("./file",0600)==-1 && errno!=EEXIST){ perror("mkfifo"); } fd = open("./file",O_WRONLY); write(fd,"hello world",128); close(fd); return 0; }
三.消息队列
1.介绍：消息队列是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符（即队列 ID）来标识。
2.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，进程终于时，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即查询，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。
3.常用api
ftok()函数
系统IPC键值的格式转换函数,系统建立IPC通讯 （消息队列、信号量和共享内存） 时必须指定一个ID值。通常情况下，该id值通过ftok函数得到。
key_t ftok( const char * fname, int id ) //系统IPC键值的格式转换函数
参数
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
id:是子序号。虽然是int类型，但是只使用8bits(1-255）。
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。
msgget（）
int msgget(key_t key, int flag); // 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1
参数：
key :消息队列的键值多个进程可以通过它访问同一个消息队列，如果key为IPC_PRIVATE 意思就是创建一个只能被创建进程读写的消息队列；如果不是IPC_PRIVATE .则我们可以指定一个值0x1234，还可以用ftok（）函数来获得一个唯一的键值。
flag : 创建消息队列的创建方式或权限。IPC_CREAT ：（需要指定权限：IPC_CREAT|0600）
如果消息队列对象不存在，则创建消息队列，否则则进行打开操作;
IPC_EXCL：和IPC_CREAT 一起使用（用”|”连接），如果消息对象不存在则创建，否则产生一个错误并返回。
msgsnd（）
int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag); //例 msgend(msgId,&sndBuf,strlen(sndBuf.mtext),0);
参数：
msqid：消息队列的ID
ptr：发送给队列的消息。写入的数据，指向消息缓冲区的指针，此位置用来暂时存储发送和接收的消息，是一个用户可定义的通用结构：
struct msgbuf {
long mtype; //第一个字段必须是long类型
char mtext[1];
};
size：ptr指向的消息的长度，注意是消息的长度，而不是整个结构体的长度，也就是说size是不包括长整型消息类型成员变量的长度。
flag： 为０表示在消息队列满或者空时都等待，直到队列中出现满足要求的消息为止（阻塞方式），设置IPC_NOWAIT 表示非阻塞方式
msgrcv（）
int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag); //例 msgrcv(msgId,&readBuf,sizeof(readBuf.mtext),888,0);
参数
msqid：消息队列的ID
ptr：写入的数据，指向消息缓冲区的指针，此位置用来暂时存储发送和接收的消息，是一个用户可定义的通用结构，形态如下：
struct msgbuf {
long mtype;
char mtext[1];
};
type：消息类型
msgtyp=0 则返回队列的最早的一个消息。
msgtyp>0，则返回其类型为msgtyp的第一个消息。
msgtyp<0,则返回其类型小于或等于mtype(在msgbuf结构体中的mtype)参数的绝对值的最小的一个消息。
操作系统提供的消息队列，确保同一个类型的消息是先进先出的，整个队列的消息可能不是先进先出的。
size：数据的长度（同msgsnd）
flag：为０表示在消息队列满或者空时都等待，直到队列中出现满足要求的消息为止（阻塞方式），设置IPC_NOWAIT 表示非阻塞方式
msgctl（）
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
参数：
msqid：消息队列的ID
cmd：函数要对消息队列进行的操作，IPC_RMID将队列从系统内核中删除（用来删除队列）
buf：队列内容（一般写NULL）
例子：
send.c
#include#include #include #include #include #include struct msgbuf{ long mtype; char mtext[128]; }; int main() { key_t key; int msgId; struct msgbuf sendBuf; //定义一个用于发送消息的结构体 key = ftok(".",1); //使用ftok函数获得一个key值 if((msgId = msgget(key,IPC_CREAT|0600))==-1){ //创建消息队列 perror("msgget"); } sendBuf.mtype=8888; //给发消息的结构体添加内容 strcpy(sendBuf.mtext,"hello world"); if(msgsnd(msgId,&sendBuf,strlen(sendBuf.mtext),0)){ perror("magsnd"); } return 0; }
read.c
//除了一些内容其他同上个代码差不多
if(msgrcv(msgId,&readBuf,128,8888,0)==-1){ //消息的接收
perror("msgrcv");
}
printf("readbuf:%sn",readBuf.mtext); //打印出拿到的消息
if(msgctl(msgId,IPC_RMID,NULL)==-1){ //销毁消息队列
perror("msgctl");
}
四.信号量
1.介绍：信号量主要用于实现进程间的互斥与同步。
临界资源：各进程采取互斥的方式，实现共享的资源称作临界资源。
2.特点：①信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存
②信号量基于操作系统的 PV（p:拿钥匙，v:放钥匙） 操作，程序对信号量的操作都是原子操作。
③每次信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1 ，而且可以加减任意正整数 ④支持信号量组 最简单常用的信号量是只能读取 0 和 1 的变量，叫二值信号量 3.常用api 创建或获取一个信号量组：int semget(key_t key, int nsems, int semflg); //若成功返回信号量集ID，失败返回-1
参数
key：所创建或打开信号量集的键值。
nsems：信号量的个数，通常为1；如果是引用一个现有的集合，则将nsems指定为 0，该参数只在创建信号量集时有效（也可以设置多个，比如设置成2，理解成一个管理a事件，另一个管理b事件）
semflg：调用函数的操作类型，也可用于设置信号量集的访问权限，两者通过 | 表示。
对信号量组进行操作，改变信号量的值:
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops); //成功返回0，失败返回-1
参数
semid：semget()返回的信号量标识符。
*sops：结构的定义如下：
struct sembuf{
short sem_num; // 除非使用一组信号量，否则它为0
short sem_op; // 信号量在一次操作中需要改变的数据，
//通常是两个数，一个是-1，即P（拿钥匙）操作，一个是+1，即V（放回）操作。
short sem_flg; // 通常为SEM_UNDO,使操作系统跟踪信号，
// 并在进程没有释放该信号量而终止时，操作系统释放信号量
};
nsops：信号操作结构的数量，恒大于或等于1。
控制信号量
int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);
参数：
semid:semget()返回的信号量标识符。
semnum:是操作信号在信号集中的编号，第一个信号的编号是0。
cmd:cmd通常是下面的两个值：
SETVAL：用来把信号量初始化为一个已知的值。这个值通过union semun中的val成员设置，其作用是在信号量第一次使用前对它进行设置。IPC_RMID：
用于删除一个已经无需继续使用的信号量标识符。
如果有第四个参数（需要用户自行定义），它通常是一个union semun结构，定义如下：
union semun {
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
struct seminfo *__buf;
};
如何对多个信号量初始化：
semid =semget(key,3,IPC_CREAT|0666)
union semun arg;
unsigned short vals[3]={0};//假设初始化信号量集的值都为0
arg.array = vlas
semctl(sem_id, 0, SETALL, arg) //使用SETALL
例子：；
include#include #include #include #include #include union semun{ int val; struct semid_ds *buf; unsigned short *array; struct seminfo *__buf; }; void p_getkey(int id) //定义一个拿锁操作 { struct sembuf sops; sops.sem_num = 0; sops.sem_op = -1; // 信号量在一次操作中需要改变的数据 sops.sem_flg = SEM_UNDO; //SEM_UNDO阻塞方式 if (semop(id, &sops, 1) == -1) { perror("semop"); } printf("get the keyn"); } void v_putkey(int id) //放锁 { struct sembuf sops; sops.sem_num = 0; sops.sem_op = 1; sops.sem_flg = SEM_UNDO; if (semop(id, &sops, 1) == -1) { perror("semop"); } printf("put the keyn"); } int main() { key_t key; int semId; union semun semun1; key = ftok(".",2); semId = semget(key,1,IPC_CREAT|0666); semun1.val=1; semctl(semId,0,SETVAL,semun1);//"0"第0个信号量 p_getkey(semId); //调用拿锁函数 //................. v_putkey(semId); //调用放锁函数 return 0; }
五.共享内存
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.如何查看/删除系统中的共享存储段：
查看：
ipcs -m
删除：
ipcrm -m shmid（通过ipcs -m查看得到）
3.常用api
获取创建：
int shmget(key_t key, size_t size, int flag); // 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
参数
key：由ftok生成的key标识
size：size以字节为单位指定需要共享的内存容量 ，在操作系统中，申请内存的最小单位为页，一页是4k字节，为了避免内存碎片，我们一般申请的内存大小为页的整数倍。
0：只获取共享内存时指定为0
shmflg：如果要创建新的共享内存，需要使用IPC_CREAT（要附上权限类似open函数的mode参数），IPC_CREAT | IPC_EXCL，如果是已经存在的，可以使用IPC_CREAT或直接传0。
返回值
成功返回共享内存的标识符；不成功返回-1，errno储存错误原因
映射：
// 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);
参数
shm_id：是由shmget函数返回的共享内存标识。
*shm_addr：指定共享内存连接到当前进程中的地址位置，通常为0
shm_flg：若指定了SHM_RDONLY位，则以只读方式连接此段，否则以读写方式连接此段（为0）
返回值
调用成功时返回一个指向共享内存第一个字节的指针，如果调用失败返回-1.
断开：
// 断开与共享内存的连接：成功返回0，失败返回-1 int shmdt(void *addr);
断开。注意，并不是删除它，只是使该共享内存对当前进程不再可用
参数
*shmaddr：是shmat函数返回的地址指针。
返回值
调用成功时返回0，失败时返回-1.
// 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);
参数
shm_id：shm_id是shmget函数返回的共享内存标识符。
command：command是要采取的操作，它可以取下面的三个值 ：
IPC_STAT
IPC_SET
IPC_RMID 删除共享内存段
*buf：设置为0即可。
例子（与信号量配合）：
write：
#include#include #include #include #include #include "config.h" int main() { key_t key; int shmId; int semId; char *sh_addr; key=ftok(".",2); if(key==-1){ perror("ftok"); } shmId=shmget(key,1024*2,IPC_CREAT|0600); if(shmId==-1){ perror("shmget"); } semId=get_semId(key); //自己写的函数用于获取信号量的id sh_addr=shmat(shmId,0,0); printf("shmat successn"); int i=0; while(1){ sleep(8); p_getkey(semId); //拿锁 strcpy(sh_addr,"liuzheyu shuain"); //用strcpy，用其他会出问题 v_putkey(semId); //放锁 } shmdt(sh_addr); //断开共享；内存的链接 return 0; }
read：
#include#include #include #include #include #include "config.h" int main() { key_t key; int shmId; int semId; char *sh_addr; key=ftok(".",2); if(key==-1){ perror("ftok"); } shmId=shmget(key,1024*2,IPC_CREAT|0600); if(shmId==-1){ perror("shmget"); } semId=get_semId(key); sh_addr=shmat(shmId,0,0); printf("shmat successn"); while(1){ sleep(5); p_getkey(semId); printf(":%sn",sh_addr); v_putkey(semId); } shmdt(sh_addr); shmctl(shmId,IPC_RMID,0); return 0; }
config.h（信号量部分）：
#include#include #include #include #include #include union semun{ int val; struct semid_ds *buf; unsigned short *array; struct seminfo *__buf; }; union semun semun1; int get_semId(int key){ int semId = semget(key,1,IPC_CREAT|0666); if(semId==-1){ perror("semId"); } semun1.val=1; semctl(semId,0,SETVAL,semun1); return semId; } void p_getkey(int id) { struct sembuf sops; sops.sem_num = 0; sops.sem_op = -1; sops.sem_flg = SEM_UNDO; if (semop(id, &sops, 1) == -1) { perror("semop"); } printf("get the keyn"); } void v_putkey(int id) { struct sembuf sops; sops.sem_num = 0; sops.sem_op = 1; sops.sem_flg = SEM_UNDO; if (semop(id, &sops, 1) == -1) { perror("semop"); } printf("put the keyn"); }
