进程间的五种通信方式

r囧r小猫 2022-05-15 00:08 428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：

  1. #include <unistd.h>
  2. 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。

  1. #include<stdio.h>
  2.  #include<unistd.h>
  4.  int main()
  5.  {
  6.      int fd[2];  // 两个文件描述符
  7.      pid_t pid;
  8.      char buff[20];
  10.      if(pipe(fd) < 0)  // 创建管道
  11.          printf("Create Pipe Error!\n");
  13.      if((pid = fork()) < 0)  // 创建子进程
  14.          printf("Fork Error!\n");
  15.      else if(pid > 0)  // 父进程
  16.      {
  17.          close(fd[0]); // 关闭读端
  18.          write(fd[1], "hello world\n", 12);
  19.      }
  20.      else
  21.      {
  22.          close(fd[1]); // 关闭写端
  23.          read(fd[0], buff, 20);
  24.          printf("%s", buff);
  25.      }
  27.      return 0;
  28.  }

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

  1. #include <sys/stat.h>
  2. // 返回值：成功返回0，出错返回-1
  3. 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

  1. #include<stdio.h>
  2.  #include<stdlib.h>   // exit
  3.  #include<fcntl.h>    // O_WRONLY
  4.  #include<sys/stat.h>
  5.  #include<time.h>     // time
  7.  int main()
  8.  {
  9.      int fd;
  10.      int n, i;
  11.      char buf[1024];
  12.      time_t tp;
  14.      printf("I am %d process.\n", getpid()); // 说明进程ID
  16.      if((fd = open("fifo1", O_WRONLY)) < 0) // 以写打开一个FIFO 
  17.      {
  18.          perror("Open FIFO Failed");
  19.          exit(1);
  20.      }
  22.      for(i=0; i<10; ++i)
  23.      {
  24.          time(&tp);  // 取系统当前时间
  25.          n=sprintf(buf,"Process %d's time is %s",getpid(),ctime(&tp));
  26.          printf("Send message: %s", buf); // 打印
  27.          if(write(fd, buf, n+1) < 0)  // 写入到FIFO中
  28.          {
  29.              perror("Write FIFO Failed");
  30.              close(fd);
  31.              exit(1);
  32.          }
  33.          sleep(1);  // 休眠1秒
  34.      }
  36.      close(fd);  // 关闭FIFO文件
  37.      return 0;
  38.  }

read_fifo.c

  1. #include<stdio.h>
  2. #include<stdlib.h>
  3. #include<errno.h>
  4. #include<fcntl.h>
  5. #include<sys/stat.h>
  7. int main()
  8. {
  9.     int fd;
  10.     int len;
  11.     char buf[1024];
  13.     if(mkfifo("fifo1", 0666) < 0 && errno!=EEXIST) // 创建FIFO管道
  14.         perror("Create FIFO Failed");
  16.     if((fd = open("fifo1", O_RDONLY)) < 0)  // 以读打开FIFO
  17.     {
  18.         perror("Open FIFO Failed");
  19.         exit(1);
  20.     }
  22.     while((len = read(fd, buf, 1024)) > 0) // 读取FIFO管道
  23.         printf("Read message: %s", buf);
  25.     close(fd);  // 关闭FIFO文件
  26.     return 0;
  27. }

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：

  1. [BigmiaoM495@localhost]$ ./write_fifo 
  2. I am 5954 process.
  3. Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:28 2015
  4. Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:29 2015
  5. Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:30 2015
  6. Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:31 2015
  7. Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:32 2015
  8. Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:33 2015
  9. Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:34 2015
  10. Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:35 2015
  11. Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:36 2015
  12. 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

  1. #include <sys/msg.h>
  2. // 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1
  3. int msgget(key_t key, int flag);
  4. // 添加消息：成功返回0，失败返回-1
  5. int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);
  6. // 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1
  7. int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);
  8. // 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1
  9. 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

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <sys/msg.h>
  5. // 用于创建一个唯一的key
  6. #define MSG_FILE "/etc/passwd"
  8. // 消息结构
  9. struct msg_form {
  10.     long mtype;
  11.     char mtext[256];
  12. };
  14. int main()
  15. {
  16.     int msqid;
  17.     key_t key;
  18.     struct msg_form msg;
  20.     // 获取key值
  21.     if((key = ftok(MSG_FILE,'z')) < 0)
  22.     {
  23.         perror("ftok error");
  24.         exit(1);
  25.     }
  27.     // 打印key值
  28.     printf("Message Queue - Server key is: %d.\n", key);
  30.     // 创建消息队列
  31.     if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
  32.     {
  33.         perror("msgget error");
  34.         exit(1);
  35.     }
  37.     // 打印消息队列ID及进程ID
  38.     printf("My msqid is: %d.\n", msqid);
  39.     printf("My pid is: %d.\n", getpid());
  41.     // 循环读取消息
  42.     for(;;) 
  43.     {
  44.         msgrcv(msqid, &msg, 256, 888, 0);// 返回类型为888的第一个消息
  45.         printf("Server: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext);
  46.         printf("Server: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype);
  48.         msg.mtype = 999; // 客户端接收的消息类型
  49.         sprintf(msg.mtext, "hello, I'm server %d", getpid());
  50.         msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
  51.     }
  52.     return 0;
  53. }

msg_client.c

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <sys/msg.h>
  5. // 用于创建一个唯一的key
  6. #define MSG_FILE "/etc/passwd"
  8. // 消息结构
  9. struct msg_form {
  10.     long mtype;
  11.     char mtext[256];
  12. };
  14. int main()
  15. {
  16.     int msqid;
  17.     key_t key;
  18.     struct msg_form msg;
  20.     // 获取key值
  21.     if ((key = ftok(MSG_FILE, 'z')) < 0) 
  22.     {
  23.         perror("ftok error");
  24.         exit(1);
  25.     }
  27.     // 打印key值
  28.     printf("Message Queue - Client key is: %d.\n", key);
  30.     // 打开消息队列
  31.     if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1) 
  32.     {
  33.         perror("msgget error");
  34.         exit(1);
  35.     }
  37.     // 打印消息队列ID及进程ID
  38.     printf("My msqid is: %d.\n", msqid);
  39.     printf("My pid is: %d.\n", getpid());
  41.     // 添加消息，类型为888
  42.     msg.mtype = 888;
  43.     sprintf(msg.mtext, "hello, I'm client %d", getpid());
  44.     msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
  46.     // 读取类型为777的消息
  47.     msgrcv(msqid, &msg, 256, 999, 0);
  48.     printf("Client: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext);
  49.     printf("Client: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype);
  50.     return 0;
  51. }

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。

  1. #include <sys/sem.h>
  2. // 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
  3. int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
  4. // 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
  5. int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);  
  6. // 控制信号量的相关信息
  7. 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：

  1. struct sembuf 
  2. {
  3.     short sem_num; // 信号量组中对应的序号，0～sem_nums-1
  4.     short sem_op;  // 信号量值在一次操作中的改变量
  5.     short sem_flg; // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
  6. }

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

  1. #include<stdio.h>
  2. #include<stdlib.h>
  3. #include<sys/sem.h>
  5. // 联合体，用于semctl初始化
  6. union semun
  7. {
  8.     int              val; /*for SETVAL*/
  9.     struct semid_ds *buf;
  10.     unsigned short  *array;
  11. };
  13. // 初始化信号量
  14. int init_sem(int sem_id, int value)
  15. {
  16.     union semun tmp;
  17.     tmp.val = value;
  18.     if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)
  19.     {
  20.         perror("Init Semaphore Error");
  21.         return -1;
  22.     }
  23.     return 0;
  24. }
  26. // P操作:
  27. //    若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1 
  28. //    若信号量值为0，进程挂起等待
  29. int sem_p(int sem_id)
  30. {
  31.     struct sembuf sbuf;
  32.     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
  33.     sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
  34.     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
  36.     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
  37.     {
  38.         perror("P operation Error");
  39.         return -1;
  40.     }
  41.     return 0;
  42. }
  44. // V操作：
  45. //    释放资源并将信号量值+1
  46. //    如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
  47. int sem_v(int sem_id)
  48. {
  49.     struct sembuf sbuf;
  50.     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
  51.     sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/
  52.     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
  54.     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
  55.     {
  56.         perror("V operation Error");
  57.         return -1;
  58.     }
  59.     return 0;
  60. }
  62. // 删除信号量集
  63. int del_sem(int sem_id)
  64. {
  65.     union semun tmp;
  66.     if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1)
  67.     {
  68.         perror("Delete Semaphore Error");
  69.         return -1;
  70.     }
  71.     return 0;
  72. }
  75. int main()
  76. {
  77.     int sem_id;  // 信号量集ID
  78.     key_t key;  
  79.     pid_t pid;
  81.     // 获取key值
  82.     if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
  83.     {
  84.         perror("ftok error");
  85.         exit(1);
  86.     }
  88.     // 创建信号量集，其中只有一个信号量
  89.     if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1)
  90.     {
  91.         perror("semget error");
  92.         exit(1);
  93.     }
  95.     // 初始化：初值设为0资源被占用
  96.     init_sem(sem_id, 0);
  98.     if((pid = fork()) == -1)
  99.         perror("Fork Error");
  100.     else if(pid == 0) /*子进程*/ 
  101.     {
  102.         sleep(2);
  103.         printf("Process child: pid=%d\n", getpid());
  104.         sem_v(sem_id);  /*释放资源*/
  105.     }
  106.     else  /*父进程*/
  107.     {
  108.         sem_p(sem_id);   /*等待资源*/
  109.         printf("Process father: pid=%d\n", getpid());
  110.         sem_v(sem_id);   /*释放资源*/
  111.         del_sem(sem_id); /*删除信号量集*/
  112.     }
  113.     return 0;
  114. }

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

  1. #include <sys/shm.h>
  2. // 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
  3. int shmget(key_t key, size_t size, int flag);
  4. // 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
  5. void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);
  6. // 断开与共享内存的连接：成功返回0，失败返回-1
  7. int shmdt(void *addr); 
  8. // 控制共享内存的相关信息：成功返回0，失败返回-1
  9. 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

  1. #include<stdio.h>
  2. #include<stdlib.h>
  3. #include<sys/shm.h>  // shared memory
  4. #include<sys/sem.h>  // semaphore
  5. #include<sys/msg.h>  // message queue
  6. #include<string.h>   // memcpy
  8. // 消息队列结构
  9. struct msg_form {
  10.     long mtype;
  11.     char mtext;
  12. };
  14. // 联合体，用于semctl初始化
  15. union semun
  16. {
  17.     int              val; /*for SETVAL*/
  18.     struct semid_ds *buf;
  19.     unsigned short  *array;
  20. };
  22. // 初始化信号量
  23. int init_sem(int sem_id, int value)
  24. {
  25.     union semun tmp;
  26.     tmp.val = value;
  27.     if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)
  28.     {
  29.         perror("Init Semaphore Error");
  30.         return -1;
  31.     }
  32.     return 0;
  33. }
  35. // P操作:
  36. //  若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1 
  37. //  若信号量值为0，进程挂起等待
  38. int sem_p(int sem_id)
  39. {
  40.     struct sembuf sbuf;
  41.     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
  42.     sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
  43.     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
  45.     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
  46.     {
  47.         perror("P operation Error");
  48.         return -1;
  49.     }
  50.     return 0;
  51. }
  53. // V操作：
  54. //  释放资源并将信号量值+1
  55. //  如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
  56. int sem_v(int sem_id)
  57. {
  58.     struct sembuf sbuf;
  59.     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
  60.     sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/
  61.     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
  63.     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
  64.     {
  65.         perror("V operation Error");
  66.         return -1;
  67.     }
  68.     return 0;
  69. }
  71. // 删除信号量集
  72. int del_sem(int sem_id)
  73. {
  74.     union semun tmp;
  75.     if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1)
  76.     {
  77.         perror("Delete Semaphore Error");
  78.         return -1;
  79.     }
  80.     return 0;
  81. }
  83. // 创建一个信号量集
  84. int creat_sem(key_t key)
  85. {
  86.     int sem_id;
  87.     if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1)
  88.     {
  89.         perror("semget error");
  90.         exit(-1);
  91.     }
  92.     init_sem(sem_id, 1);  /*初值设为1资源未占用*/
  93.     return sem_id;
  94. }
  97. int main()
  98. {
  99.     key_t key;
  100.     int shmid, semid, msqid;
  101.     char *shm;
  102.     char data[] = "this is server";
  103.     struct shmid_ds buf1;  /*用于删除共享内存*/
  104.     struct msqid_ds buf2;  /*用于删除消息队列*/
  105.     struct msg_form msg;  /*消息队列用于通知对方更新了共享内存*/
  107.     // 获取key值
  108.     if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
  109.     {
  110.         perror("ftok error");
  111.         exit(1);
  112.     }
  114.     // 创建共享内存
  115.     if((shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT|0666)) == -1)
  116.     {
  117.         perror("Create Shared Memory Error");
  118.         exit(1);
  119.     }
  121.     // 连接共享内存
  122.     shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0);
  123.     if((int)shm == -1)
  124.     {
  125.         perror("Attach Shared Memory Error");
  126.         exit(1);
  127.     }
  130.     // 创建消息队列
  131.     if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
  132.     {
  133.         perror("msgget error");
  134.         exit(1);
  135.     }
  137.     // 创建信号量
  138.     semid = creat_sem(key);
  140.     // 读数据
  141.     while(1)
  142.     {
  143.         msgrcv(msqid, &msg, 1, 888, 0); /*读取类型为888的消息*/
  144.         if(msg.mtext == 'q')  /*quit - 跳出循环*/ 
  145.             break;
  146.         if(msg.mtext == 'r')  /*read - 读共享内存*/
  147.         {
  148.             sem_p(semid);
  149.             printf("%s\n",shm);
  150.             sem_v(semid);
  151.         }
  152.     }
  154.     // 断开连接
  155.     shmdt(shm);
  157.     /*删除共享内存、消息队列、信号量*/
  158.     shmctl(shmid, IPC_RMID, &buf1);
  159.     msgctl(msqid, IPC_RMID, &buf2);
  160.     del_sem(semid);
  161.     return 0;
  162. }

client.c

  1. #include<stdio.h>
  2. #include<stdlib.h>
  3. #include<sys/shm.h>  // shared memory
  4. #include<sys/sem.h>  // semaphore
  5. #include<sys/msg.h>  // message queue
  6. #include<string.h>   // memcpy
  8. // 消息队列结构
  9. struct msg_form {
  10.     long mtype;
  11.     char mtext;
  12. };
  14. // 联合体，用于semctl初始化
  15. union semun
  16. {
  17.     int              val; /*for SETVAL*/
  18.     struct semid_ds *buf;
  19.     unsigned short  *array;
  20. };
  22. // P操作:
  23. //  若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1 
  24. //  若信号量值为0，进程挂起等待
  25. int sem_p(int sem_id)
  26. {
  27.     struct sembuf sbuf;
  28.     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
  29.     sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
  30.     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
  32.     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
  33.     {
  34.         perror("P operation Error");
  35.         return -1;
  36.     }
  37.     return 0;
  38. }
  40. // V操作：
  41. //  释放资源并将信号量值+1
  42. //  如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
  43. int sem_v(int sem_id)
  44. {
  45.     struct sembuf sbuf;
  46.     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
  47.     sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/
  48.     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
  50.     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
  51.     {
  52.         perror("V operation Error");
  53.         return -1;
  54.     }
  55.     return 0;
  56. }
  59. int main()
  60. {
  61.     key_t key;
  62.     int shmid, semid, msqid;
  63.     char *shm;
  64.     struct msg_form msg;
  65.     int flag = 1; /*while循环条件*/
  67.     // 获取key值
  68.     if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
  69.     {
  70.         perror("ftok error");
  71.         exit(1);
  72.     }
  74.     // 获取共享内存
  75.     if((shmid = shmget(key, 1024, 0)) == -1)
  76.     {
  77.         perror("shmget error");
  78.         exit(1);
  79.     }
  81.     // 连接共享内存
  82.     shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0);
  83.     if((int)shm == -1)
  84.     {
  85.         perror("Attach Shared Memory Error");
  86.         exit(1);
  87.     }
  89.     // 创建消息队列
  90.     if ((msqid = msgget(key, 0)) == -1)
  91.     {
  92.         perror("msgget error");
  93.         exit(1);
  94.     }
  96.     // 获取信号量
  97.     if((semid = semget(key, 0, 0)) == -1)
  98.     {
  99.         perror("semget error");
  100.         exit(1);
  101.     }
  103.     // 写数据
  104.     printf("***************************************\n");
  105.     printf("*                 IPC                 *\n");
  106.     printf("*    Input r to send data to server.  *\n");
  107.     printf("*    Input q to quit.                 *\n");
  108.     printf("***************************************\n");
  110.     while(flag)
  111.     {
  112.         char c;
  113.         printf("Please input command: ");
  114.         scanf("%c", &c);
  115.         switch(c)
  116.         {
  117.             case 'r':
  118.                 printf("Data to send: ");
  119.                 sem_p(semid);  /*访问资源*/
  120.                 scanf("%s", shm);
  121.                 sem_v(semid);  /*释放资源*/
  122.                 /*清空标准输入缓冲区*/
  123.                 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);
  124.                 msg.mtype = 888;  
  125.                 msg.mtext = 'r';  /*发送消息通知服务器读数据*/
  126.                 msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
  127.                 break;
  128.             case 'q':
  129.                 msg.mtype = 888;
  130.                 msg.mtext = 'q';
  131.                 msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
  132.                 flag = 0;
  133.                 break;
  134.             default:
  135.                 printf("Wrong input!\n");
  136.                 /*清空标准输入缓冲区*/
  137.                 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);
  138.         }
  139.     }
  141.     // 断开连接
  142.     shmdt(shm);
  144.     return 0;
  145. }

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：

  1. 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

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