进程间的五种通信方式

r囧r小猫 2022-05-15 00:08 332阅读 0赞

**进程间通信（IPC，InterProcess Communication）**是指在不同进程之间传播或交换信息。

IPC的方式通常有管道（包括无名管道和命名管道）、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。

以Linux中的C语言编程为例。

## 一、管道 ##

**管道**，通常指无名管道，是 UNIX 系统IPC最古老的形式。

### 1、特点： ###

1.  它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端。
2.  它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）。
3.  它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write 等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。

### 2、原型： ###

#include <unistd.h>
    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]`为写而打开。如下图：

![323808-20160311093936866-901519688.png][]

要关闭管道只需将这两个文件描述符关闭即可。

### 3、例子 ###

单个进程中的管道几乎没有任何用处。所以，通常调用 pipe 的进程接着调用 fork，这样就创建了父进程与子进程之间的 IPC 通道。如下图所示：

![323808-20160311094030069-935122142.png][]

若要数据流从父进程流向子进程，则关闭父进程的读端（`fd[0]`）与子进程的写端（`fd[1]`）；反之，则可以使数据流从子进程流向父进程。

#include<stdio.h>
     #include<unistd.h>
     
     int main()
     {
         int fd[2];  // 两个文件描述符
         pid_t pid;
         char buff[20];
     
         if(pipe(fd) < 0)  // 创建管道
             printf("Create Pipe Error!\n");
     
         if((pid = fork()) < 0)  // 创建子进程
             printf("Fork Error!\n");
         else if(pid > 0)  // 父进程
         {
             close(fd[0]); // 关闭读端
             write(fd[1], "hello world\n", 12);
         }
         else
         {
             close(fd[1]); // 关闭写端
             read(fd[0], buff, 20);
             printf("%s", buff);
         }
     
         return 0;
     }

## 二、FIFO ##

**FIFO**，也称为命名管道，它是一种文件类型。

### 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。
2.  FIFO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 <sys/stat.h>
    // 返回值：成功返回0，出错返回-1
    int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

其中的 mode 参数与`open`函数中的 mode 相同。一旦创建了一个 FIFO，就可以用一般的文件I/O函数操作它。

当 open 一个FIFO时，是否设置非阻塞标志（`O_NONBLOCK`）的区别：

*  若没有指定`O_NONBLOCK`（默认），只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO。类似的，只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它。
 *  若指定了`O_NONBLOCK`，则只读 open 立即返回。而只写 open 将出错返回 -1 如果没有进程已经为读而打开该 FIFO，其errno置ENXIO。

### 3、例子 ###

FIFO的通信方式类似于在进程中使用文件来传输数据，只不过FIFO类型文件同时具有管道的特性。在数据读出时，FIFO管道中同时清除数据，并且“先进先出”。下面的例子演示了使用 FIFO 进行 IPC 的过程：

write\_fifo.c

#include<stdio.h>
     #include<stdlib.h>   // exit
     #include<fcntl.h>    // O_WRONLY
     #include<sys/stat.h>
     #include<time.h>     // time
     
     int main()
     {
         int fd;
         int n, i;
         char buf[1024];
         time_t tp;
     
         printf("I am %d process.\n", getpid()); // 说明进程ID
         
         if((fd = open("fifo1", O_WRONLY)) < 0) // 以写打开一个FIFO 
         {
             perror("Open FIFO Failed");
             exit(1);
         }
     
         for(i=0; i<10; ++i)
         {
             time(&tp);  // 取系统当前时间
             n=sprintf(buf,"Process %d's time is %s",getpid(),ctime(&tp));
             printf("Send message: %s", buf); // 打印
             if(write(fd, buf, n+1) < 0)  // 写入到FIFO中
             {
                 perror("Write FIFO Failed");
                 close(fd);
                 exit(1);
             }
             sleep(1);  // 休眠1秒
         }
     
         close(fd);  // 关闭FIFO文件
         return 0;
     }

read\_fifo.c

#include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<errno.h>
    #include<fcntl.h>
    #include<sys/stat.h>
    
    int main()
    {
        int fd;
        int len;
        char buf[1024];
    
        if(mkfifo("fifo1", 0666) < 0 && errno!=EEXIST) // 创建FIFO管道
            perror("Create FIFO Failed");
    
        if((fd = open("fifo1", O_RDONLY)) < 0)  // 以读打开FIFO
        {
            perror("Open FIFO Failed");
            exit(1);
        }
        
        while((len = read(fd, buf, 1024)) > 0) // 读取FIFO管道
            printf("Read message: %s", buf);
    
        close(fd);  // 关闭FIFO文件
        return 0;
    }

在两个终端里用 gcc 分别编译运行上面两个文件，可以看到输出结果如下：

[BigmiaoM495@localhost]$ ./write_fifo 
    I am 5954 process.
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:28 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:29 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:30 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:31 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:32 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:33 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:34 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:35 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:36 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:37 2015

上述例子可以扩展成 客户进程—服务器进程 通信的实例，`write_fifo`的作用类似于客户端，可以打开多个客户端向一个服务器发送请求信息，`read_fifo`类似于服务器，它适时监控着FIFO的读端，当有数据时，读出并进行处理，但是有一个关键的问题是，每一个客户端必须预先知道服务器提供的FIFO接口，下图显示了这种安排：

![323808-20160311094842257-893623615.png][]

## 三、消息队列 ##

**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。

### 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 ###

#include <sys/msg.h>
    // 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。

可以看出，type值非 0 时用于以非先进先出次序读消息。也可以把 type 看做优先级的权值。（其他的参数解释，请自行Google之）

### 3、例子 ###

下面写了一个简单的使用消息队列进行IPC的例子，服务端程序一直在等待特定类型的消息，当收到该类型的消息以后，发送另一种特定类型的消息作为反馈，客户端读取该反馈并打印出来。

msg\_server.c

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/msg.h>
    
    // 用于创建一个唯一的key
    #define MSG_FILE "/etc/passwd"
    
    // 消息结构
    struct msg_form {
        long mtype;
        char mtext[256];
    };
    
    int main()
    {
        int msqid;
        key_t key;
        struct msg_form msg;
        
        // 获取key值
        if((key = ftok(MSG_FILE,'z')) < 0)
        {
            perror("ftok error");
            exit(1);
        }
    
        // 打印key值
        printf("Message Queue - Server key is: %d.\n", key);
    
        // 创建消息队列
        if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
        {
            perror("msgget error");
            exit(1);
        }
    
        // 打印消息队列ID及进程ID
        printf("My msqid is: %d.\n", msqid);
        printf("My pid is: %d.\n", getpid());
    
        // 循环读取消息
        for(;;) 
        {
            msgrcv(msqid, &msg, 256, 888, 0);// 返回类型为888的第一个消息
            printf("Server: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext);
            printf("Server: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype);
    
            msg.mtype = 999; // 客户端接收的消息类型
            sprintf(msg.mtext, "hello, I'm server %d", getpid());
            msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
        }
        return 0;
    }

msg\_client.c

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/msg.h>
    
    // 用于创建一个唯一的key
    #define MSG_FILE "/etc/passwd"
    
    // 消息结构
    struct msg_form {
        long mtype;
        char mtext[256];
    };
    
    int main()
    {
        int msqid;
        key_t key;
        struct msg_form msg;
    
        // 获取key值
        if ((key = ftok(MSG_FILE, 'z')) < 0) 
        {
            perror("ftok error");
            exit(1);
        }
    
        // 打印key值
        printf("Message Queue - Client key is: %d.\n", key);
    
        // 打开消息队列
        if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1) 
        {
            perror("msgget error");
            exit(1);
        }
    
        // 打印消息队列ID及进程ID
        printf("My msqid is: %d.\n", msqid);
        printf("My pid is: %d.\n", getpid());
    
        // 添加消息，类型为888
        msg.mtype = 888;
        sprintf(msg.mtext, "hello, I'm client %d", getpid());
        msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
    
        // 读取类型为777的消息
        msgrcv(msqid, &msg, 256, 999, 0);
        printf("Client: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext);
        printf("Client: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype);
        return 0;
    }

## 四、信号量 ##

**信号量（semaphore）**与已经介绍过的 IPC 结构不同，它是一个计数器。信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。

### 1、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 操作，程序对信号量的操作都是原子操作。
3.  每次对信号量的 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。

### 2、原型 ###

最简单的信号量是只能取 0 和 1 的变量，这也是信号量最常见的一种形式，叫做**二值信号量（Binary Semaphore）**。而可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。

Linux 下的信号量函数都是在通用的信号量数组上进行操作，而不是在一个单一的二值信号量上进行操作。

#include <sys/sem.h>
    // 创建或获取一个信号量组：若成功返回信号量集ID，失败返回-1
    int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
    // 对信号量组进行操作，改变信号量的值：成功返回0，失败返回-1
    int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);  
    // 控制信号量的相关信息
    int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);

当`semget`创建新的信号量集合时，必须指定集合中信号量的个数（即`num_sems`），通常为1； 如果是引用一个现有的集合，则将`num_sems`指定为 0 。

在`semop`函数中，`sembuf`结构的定义如下：

struct sembuf 
    {
        short sem_num; // 信号量组中对应的序号，0～sem_nums-1
        short sem_op;  // 信号量值在一次操作中的改变量
        short sem_flg; // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
    }

其中 sem\_op 是一次操作中的信号量的改变量：

*  若`sem_op > 0`，表示进程释放相应的资源数，将 sem\_op 的值加到信号量的值上。如果有进程正在休眠等待此信号量，则换行它们。
 *  若`sem_op < 0`，请求 sem\_op 的绝对值的资源。
    
     *  如果相应的资源数可以满足请求，则将该信号量的值减去sem\_op的绝对值，函数成功返回。
     *  当相应的资源数不能满足请求时，这个操作与`sem_flg`有关。
        
         *  sem\_flg 指定`IPC_NOWAIT`，则semop函数出错返回`EAGAIN`。
         *  sem\_flg 没有指定`IPC_NOWAIT`，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：
            
            1.  当相应的资源数可以满足请求，此信号量的semncnt值减1，该信号量的值减去sem\_op的绝对值。成功返回；
            2.  此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
            3.  进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，此情况下将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR
 *  若`sem_op == 0`，进程阻塞直到信号量的相应值为0：
    
     *  当信号量已经为0，函数立即返回。
     *  如果信号量的值不为0，则依据`sem_flg`决定函数动作：
        
         *  sem\_flg指定`IPC_NOWAIT`，则出错返回`EAGAIN`。
         *  sem\_flg没有指定`IPC_NOWAIT`，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：
            
            1.  信号量值为0，将信号量的semzcnt的值减1，函数semop成功返回；
            2.  此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
            3.  进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，在此情况将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR

在`semctl`函数中的命令有多种，这里就说两个常用的：

*  `SETVAL`：用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。
 *  `IPC_RMID`：删除一个信号量集合。如果不删除信号量，它将继续在系统中存在，即使程序已经退出，它可能在你下次运行此程序时引发问题，而且信号量是一种有限的资源。

### 3、例子 ###

#include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<sys/sem.h>
    
    // 联合体，用于semctl初始化
    union semun
    {
        int              val; /*for SETVAL*/
        struct semid_ds *buf;
        unsigned short  *array;
    };
    
    // 初始化信号量
    int init_sem(int sem_id, int value)
    {
        union semun tmp;
        tmp.val = value;
        if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)
        {
            perror("Init Semaphore Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // P操作:
    //    若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1 
    //    若信号量值为0，进程挂起等待
    int sem_p(int sem_id)
    {
        struct sembuf sbuf;
        sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
        sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
        sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
    
        if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
        {
            perror("P operation Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // V操作：
    //    释放资源并将信号量值+1
    //    如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
    int sem_v(int sem_id)
    {
        struct sembuf sbuf;
        sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
        sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/
        sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
    
        if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
        {
            perror("V operation Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // 删除信号量集
    int del_sem(int sem_id)
    {
        union semun tmp;
        if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1)
        {
            perror("Delete Semaphore Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    
    int main()
    {
        int sem_id;  // 信号量集ID
        key_t key;  
        pid_t pid;
    
        // 获取key值
        if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
        {
            perror("ftok error");
            exit(1);
        }
    
        // 创建信号量集，其中只有一个信号量
        if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1)
        {
            perror("semget error");
            exit(1);
        }
    
        // 初始化：初值设为0资源被占用
        init_sem(sem_id, 0);
    
        if((pid = fork()) == -1)
            perror("Fork Error");
        else if(pid == 0) /*子进程*/ 
        {
            sleep(2);
            printf("Process child: pid=%d\n", getpid());
            sem_v(sem_id);  /*释放资源*/
        }
        else  /*父进程*/
        {
            sem_p(sem_id);   /*等待资源*/
            printf("Process father: pid=%d\n", getpid());
            sem_v(sem_id);   /*释放资源*/
            del_sem(sem_id); /*删除信号量集*/
        }
        return 0;
    }

上面的例子如果不加信号量，则父进程会先执行完毕。这里加了信号量让父进程等待子进程执行完以后再执行。

## 五、共享内存 ##

**共享内存（Shared Memory）**，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、原型 ###

#include <sys/shm.h>
    // 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。

`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。

`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）。

### 3、例子 ###

下面这个例子，使用了**【共享内存+信号量+消息队列】**的组合来实现服务器进程与客户进程间的通信。

*  共享内存用来传递数据；
 *  信号量用来同步；
 *  消息队列用来 在客户端修改了共享内存后 通知服务器读取。

server.c

#include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<sys/shm.h>  // shared memory
    #include<sys/sem.h>  // semaphore
    #include<sys/msg.h>  // message queue
    #include<string.h>   // memcpy
    
    // 消息队列结构
    struct msg_form {
        long mtype;
        char mtext;
    };
    
    // 联合体，用于semctl初始化
    union semun
    {
        int              val; /*for SETVAL*/
        struct semid_ds *buf;
        unsigned short  *array;
    };
    
    // 初始化信号量
    int init_sem(int sem_id, int value)
    {
        union semun tmp;
        tmp.val = value;
        if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)
        {
            perror("Init Semaphore Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // P操作:
    //  若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1 
    //  若信号量值为0，进程挂起等待
    int sem_p(int sem_id)
    {
        struct sembuf sbuf;
        sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
        sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
        sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
    
        if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
        {
            perror("P operation Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // V操作：
    //  释放资源并将信号量值+1
    //  如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
    int sem_v(int sem_id)
    {
        struct sembuf sbuf;
        sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
        sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/
        sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
    
        if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
        {
            perror("V operation Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // 删除信号量集
    int del_sem(int sem_id)
    {
        union semun tmp;
        if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1)
        {
            perror("Delete Semaphore Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // 创建一个信号量集
    int creat_sem(key_t key)
    {
        int sem_id;
        if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1)
        {
            perror("semget error");
            exit(-1);
        }
        init_sem(sem_id, 1);  /*初值设为1资源未占用*/
        return sem_id;
    }
    
    
    int main()
    {
        key_t key;
        int shmid, semid, msqid;
        char *shm;
        char data[] = "this is server";
        struct shmid_ds buf1;  /*用于删除共享内存*/
        struct msqid_ds buf2;  /*用于删除消息队列*/
        struct msg_form msg;  /*消息队列用于通知对方更新了共享内存*/
    
        // 获取key值
        if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
        {
            perror("ftok error");
            exit(1);
        }
    
        // 创建共享内存
        if((shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT|0666)) == -1)
        {
            perror("Create Shared Memory Error");
            exit(1);
        }
    
        // 连接共享内存
        shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0);
        if((int)shm == -1)
        {
            perror("Attach Shared Memory Error");
            exit(1);
        }
    
    
        // 创建消息队列
        if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
        {
            perror("msgget error");
            exit(1);
        }
    
        // 创建信号量
        semid = creat_sem(key);
        
        // 读数据
        while(1)
        {
            msgrcv(msqid, &msg, 1, 888, 0); /*读取类型为888的消息*/
            if(msg.mtext == 'q')  /*quit - 跳出循环*/ 
                break;
            if(msg.mtext == 'r')  /*read - 读共享内存*/
            {
                sem_p(semid);
                printf("%s\n",shm);
                sem_v(semid);
            }
        }
    
        // 断开连接
        shmdt(shm);
    
        /*删除共享内存、消息队列、信号量*/
        shmctl(shmid, IPC_RMID, &buf1);
        msgctl(msqid, IPC_RMID, &buf2);
        del_sem(semid);
        return 0;
    }

client.c

#include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<sys/shm.h>  // shared memory
    #include<sys/sem.h>  // semaphore
    #include<sys/msg.h>  // message queue
    #include<string.h>   // memcpy
    
    // 消息队列结构
    struct msg_form {
        long mtype;
        char mtext;
    };
    
    // 联合体，用于semctl初始化
    union semun
    {
        int              val; /*for SETVAL*/
        struct semid_ds *buf;
        unsigned short  *array;
    };
    
    // P操作:
    //  若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1 
    //  若信号量值为0，进程挂起等待
    int sem_p(int sem_id)
    {
        struct sembuf sbuf;
        sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
        sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
        sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
    
        if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
        {
            perror("P operation Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // V操作：
    //  释放资源并将信号量值+1
    //  如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
    int sem_v(int sem_id)
    {
        struct sembuf sbuf;
        sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
        sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/
        sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
    
        if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
        {
            perror("V operation Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    
    int main()
    {
        key_t key;
        int shmid, semid, msqid;
        char *shm;
        struct msg_form msg;
        int flag = 1; /*while循环条件*/
    
        // 获取key值
        if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
        {
            perror("ftok error");
            exit(1);
        }
    
        // 获取共享内存
        if((shmid = shmget(key, 1024, 0)) == -1)
        {
            perror("shmget error");
            exit(1);
        }
    
        // 连接共享内存
        shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0);
        if((int)shm == -1)
        {
            perror("Attach Shared Memory Error");
            exit(1);
        }
    
        // 创建消息队列
        if ((msqid = msgget(key, 0)) == -1)
        {
            perror("msgget error");
            exit(1);
        }
    
        // 获取信号量
        if((semid = semget(key, 0, 0)) == -1)
        {
            perror("semget error");
            exit(1);
        }
        
        // 写数据
        printf("***************************************\n");
        printf("*                 IPC                 *\n");
        printf("*    Input r to send data to server.  *\n");
        printf("*    Input q to quit.                 *\n");
        printf("***************************************\n");
        
        while(flag)
        {
            char c;
            printf("Please input command: ");
            scanf("%c", &c);
            switch(c)
            {
                case 'r':
                    printf("Data to send: ");
                    sem_p(semid);  /*访问资源*/
                    scanf("%s", shm);
                    sem_v(semid);  /*释放资源*/
                    /*清空标准输入缓冲区*/
                    while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);
                    msg.mtype = 888;  
                    msg.mtext = 'r';  /*发送消息通知服务器读数据*/
                    msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
                    break;
                case 'q':
                    msg.mtype = 888;
                    msg.mtext = 'q';
                    msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
                    flag = 0;
                    break;
                default:
                    printf("Wrong input!\n");
                    /*清空标准输入缓冲区*/
                    while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);
            }
        }
    
        // 断开连接
        shmdt(shm);
    
        return 0;
    }

注意：当`scanf()`输入字符或字符串时，缓冲区中遗留下了`\n`，所以每次输入操作后都需要清空标准输入的缓冲区。但是由于 gcc 编译器不支持`fflush(stdin)`（它只是标准C的扩展），所以我们使用了替代方案：

while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);

参考资料：http://songlee24.github.io/2015/04/21/linux-IPC/

原文参考[进程间通信（IPC）介绍][IPC]

[323808-20160311093936866-901519688.png]: /images/20220515/72fde0302dfb4fb3a56bb1a9c48fa833.png
[323808-20160311094030069-935122142.png]: /images/20220515/61c64af1d97e4fa797d9d545f81f6839.png
[323808-20160311094842257-893623615.png]: /images/20220515/0e8214240674458a89c4e5fd8fbf3abb.png
[IPC]: https://www.cnblogs.com/CheeseZH/p/5264465.html