用管道消息队列共享内存实现进程间通信

电玩女神 2022-05-16 02:59 250阅读 0赞

## 一、进程间通信的目的 ##

因为进程的地址空间都是相互独立的，为了实现进程间的数据传输、资源共享、进程控制（如gdb调试）、通知事件等

## 二、进程间通信的方式 ##

进程间通信的方式有非常多种，本文仅介绍管道中的匿名管道和命名管道和system V中的消息队列共享内存

### 2.1管道 ###

内核中的一块缓存，两个用户态通过这段内核态的缓存进行数据传输

匿名管道：使用int pipe(int pipefd\[2\])；pipefd\[0\]表示读端，pipefd\[1\]表示写端，成功返回0失败返回-1，适当的设置错误码。

用两个进程通过管道实现进程间通信，子进程向管道内写入，父进程读出，因此子进程可以关闭读端，父进程可以关闭写端。

读操作使用ssize\_t read(int fd, void \*buf, size\_t count);fd表示要从哪个文件描述符中读取，buf时向哪个缓冲区中放读取出的内容，count为要读多少个字节，成功时返回读到的字节数，失败时返回-1，返回0表示已经读到末尾或者没有可读的文件

写操作使用ssize\_t write(int fd, const void \*buf, size\_t count);buf所指的内存中写count个到指定文件描述符fd的文件中。

1 #include <stdio.h>                                                                                                   
      2 #include <unistd.h>                                                                                                  
      3 #include <stdlib.h>                                                                                                  
      4 #include <string.h>                                                                                                  
      5                                                                                                                      
      6                                                                                                                      
      7 int main()                                                                                                           
      8 {                                                                                                                    
      9   int fds[2];                                                                                                        
     10   if(pipe(fds) == -1)                                                                                                
     11     perror("pipe"),exit(1);                                                                                          
     12   pid_t pid = fork();                                                                                                
     13   if(pid == -1)                                                                                                      
     14   {                                                                                                                  
     15     perror("fork"),exit(1);                                                                                          
     16   }                                                                                                                  
     17   if(pid == 0)                                                                                                       
     18   {                                                                                                                  
     19     sleep(1);  
     20     //子进程，关闭读端                                                                                               
     21     close(fds[0]);                                                                                                   
     22     write(fds[1],"abs",3);                                                                                           
     23     close(fds[1]);                                                                                                   
     24     exit(0);                                                                                                         
     25   }                                                                                                                  
     26   else{                                                                                                              
     27     //父进程                                                                                                         
     28     close(fds[1]);                                                                                                   
     29     char buf[100] = {};                                                                                              
     30      int r = read(fds[0],buf,100);//一直阻塞直到子进程的write写入                                                    
     31      if(r == 0)                                                                                                      
     32        printf("read EOF\n");                                                                                         
     33      else if(r == -1)                                                                                                
     34      {                                                                                                               
     35        perror("read"),exit(1);                                                                                       
     36      }                                                                                                               
     37      else if(r > 0)   
     38      {                                                                                                               
     39        printf("buf= [%s]\n",buf);                                                                                    
     40      }                                                                                                               
     41      close(fds[0]);                                                                                                  
     42        exit(0);                                                                                                      
     43        //内核中的空间自己回收                                                                                        
     44   }                                                                                                                  
     45 }

## ##

命名管道：

创建两个命名管道，使用函数int mkfifo\[const char \*filename,mode\_t mode\];第一个参数filename为文件名，第二个参数为文件的权限。

创建成功后使用open函数打开管道int open(const char \*pathname, int flags, mode\_t mode);pathname：打开文件的路径名flags：用来控制打开文件的模式常见的有O\_WRONLY写模式O\_CREAT创建模式O\_RDONLY读模式mode：用来设置创建文件的权限（rwx），当flags中带有O\_CREAT时才有效。成功时返回文件描述符，错误时返回-1.

管道的特点：只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信；一般而言进程退出，管道就会随之释放，管道的生命周期随进程；管道是半双工的，数据只能单向流动故双方通信时需要建立两个管道。

### 2.2system V IPC ###

消息队列：

在内核中消息队列就是一个结构体：

![20180523210802609][]

int msgget(key\_t key, int msgflg)打开或创建消息队列//key相当于文件名的整数；flag创建队列用选项IPC\_CREAT 加权限 | 0644 创建失败返回-1；打开flag用0返回值消息队列的ID，相对于文件描述符

msgctl()释放内核中的消息队列，如不主动释放，进程结束或操作系统关机会一直存在。

msgsnd()消息队列放数据int msgsnd(int msqid,const void \*msgp,size\_t len,int flag)//msgid是msgget的返回值;msgp指针要发送的消息在哪里？&mb,用结构体struct msgbuf\{long channel;//消息类型（通道号，必须>=1）；后面都随便\}；;len消息的字节数（不包括channel的大小），flag 是0达到上限时消息队列就阻塞在这，等被读走了才能放进去；成功返回0，失败返回-1；

msgrcv()消息队列取数据ssize\_t msgrcv(int msqid, void \*msgp, size\_t msgsz, long msgtyp, int msgflg)第一个参数为已打开的消息队列，第二个参数将消息装在哪里，第三个参数不包括消息类型的消息大小（**真正接受数据的地方的大小定义的1000就写1000，不是已经接受了多少的数据**）取msgtyp通道号为几的数据

const void \*msgp,要发送的消息在哪 size\_t msgsz,消息的字节数不包括结构体中len,int msgflg);//0必须先定义一个结构体struct msgbuf \{long channel;//消息类型（通道号），必须>=1后面的随便定义类型\};

*删除*IPC对象ipcrm 删除用-Q key

ipcs 查看所有systemV的对象（消息队列、共享内存、信号量）都可以显示,只显示消息队列用-q

每个系统中最大创建多少个消息队列MSGMNI cat/proc/sys/kernal/msgmni

每个消息队列中最多能有多少字节MSGMAX cat/proc/sys/kernal/msgmax

1 #include <stdio.h>                                                                                                   
      2 #include <sys/ipc.h>                                                                                                 
      3 #include <sys/msg.h>                                                                                                 
      4 #include <stdlib.h>                                                                                                  
      5 int main()                                                                                                           
      6 {                                                                                                                    
      7   int ret = msgget(1234,IPC_CREAT|0644);                                                                             
      8   if(ret == -1)                                                                                                      
      9   {                                                                                                                  
     10     perror("msgget \n");                                                                                             
     11     exit(-1);                                                                                                        
     12   }                                                                                                                  
     13   else                                                                                                               
     14   {                                                                                                                  
     15   printf("创建成功\n");                                                                                              
     16   }                                                                                                                  
     17   return 0;                                                                                                          
     18 }                                                                                                                    
     19

使用消息队列来实现一个客户端发送数据服务器读取数据

1 #include <stdio.h>                                                                                                 
        2 #include <stdlib.h>                                                                                                
        3 #include <sys/ipc.h>                                                                                               
        4 #include <sys/msg.h>                                                                                               
        5 #include <string.h>                                                                                                
        6 #include <unistd.h>                                                                                                
        7 struct msgbuf{                                                                                                     
        8   long mtype;                                                                                                      
        9   char mtext[1024];                                                                                                
       10 };                                                                                                                 
       11 int  main()                                                                                                        
       12 {                                                                                                                  
       13   //客户端                                                                                                         
       14   //打开消息队列                                                                                                   
       15   int id = msgget(1234,0);                                                                                         
       16   if(id == -1)                                                                                                     
       17   {                                                                                                                
       18     perror("msgget\n");                                                                                            
       19     exit(1);
       20   }                                                                                                                
       21     struct msgbuf mb;                                                                                              
       22     while(1)                                                                                                       
       23     {                                                                                                              
       24       memset(&mb,0x00,sizeof(mb));                                                                                 
       25       mb.mtype = 1;                                                                                                
       26       *(int *)(mb.mtext) = getpid();                                                                               
       27       //读取键盘                                                                                                   
       28     char *f = fgets(mb.mtext+sizeof(int),1024-sizeof(int),stdin);
                //从标准输入中读到1024-sizeof(int)中              
       29     if(f == NULL)                                                                                                  
       30     {                                                                                                              
       31       break;                                                                                                       
       32     }                                                                                                              
       33       //发送给服务器                                                                                               
       34       msgsnd(id,&mb,strlen(mb.mtext+sizeof(int))+sizeof(int),0);//发送的数据的大小                                 
       35       //读取服务器                                                                                                 
       36       memset(&mb,0x00,sizeof(mb));                                                                                 
       37       msgrcv(id,&mb,1024,getpid(),0);//从进程id的通道中读                                                          
       38       //显示到屏幕                                                                                                  
       39       printf("%s\n",mb.mtext+sizeof(int));                                                                         
       40     }                                                                                                              
       41 }

1 #include <stdio.h>                                                                                                 
        2 #include <stdlib.h>                                                                                                
        3 #include <sys/ipc.h>                                                                                               
        4 #include <sys/msg.h>                                                                                               
        5 #include <string.h>                                                                                                
        6 struct msgbuf{                                                                                                     
        7   long mtype;                                                                                                      
        8   char mtext[1024];                                                                                                
        9 };                                                                                                                 
       10 int  main()                                                                                                        
       11 {                                                                                                                  
       12   //服务端                                                                                                         
       13   //创建一个消息队列                                                                                               
       14   int id = msgget(1234,IPC_CREAT| 0644);                                                                           
       15   if(id == -1)                                                                                                     
       16   {                                                                                                                
       17     perror("msgget\n");                                                                                            
       18     exit(1);                                                                                                       
       19   } 
       20   while(1)                                                                                                         
       21   {                                                                                                                
       22     struct msgbuf mb;                                                                                              
       23     memset(&mb,0x00,sizeof(mb));                                                                                   
       24     //创建成功后读取队列号为msgid的通道1中的数据                                                                   
       25   msgrcv(id,&mb,1024,1,0);                                                                                         
       26     //发送给客户端,前四个字节作为通道号发回给客户端                                                                
       27   mb.mtype =*(int *)(mb.mtext);                                                                                    
       28   msgsnd(id,&mb+sizeof(int),strlen(mb.mtext +sizeof(int))+sizeof(int),0);                                          
       29   }                                                                                                                
       30 }

共享内存：

共享存储映射区中用页表映射到同一个物理内存 实现进程间通信，没有用户态到内核态的相互切换时效率最高的一种进程间通信方式。

shmget(key\_t key,size\_t size//共享内存段的大小,int flag//创建用IPC\_CREAT| 0644);

ipcs中的nattch为链接到共享内存的数量

共享内存和进程建立关系void \*shmat(int id,const char \*shmaddr,flag);//shmaddr由操作系统自己决定关联到哪个虚拟地址空间NULL，flag为0返回虚拟地址空间的起始位置

int shmdt(void \*shmaddr)//参数为起始位置，返回值为失败返回-1

两个关联到共享内存的进程一个读一个写最快的进程间通信方式，没有用户态到内核态间的切换

删除共享内存int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid\_ds \*buf)//cmd IPC\_RMID删除共享内存

删除ipcs -M shmget创建时的文件名（key）

使用共享内存实现一个客户端服务器

1 #include <unistd.h>                                                                                                  
      2 #include <stdio.h>                                                                                                   
      3 #include <stdlib.h>                                                                                                  
      4 #include <sys/ipc.h>                                                                                                 
      5 #include <sys/shm.h>                                                                                                 
      6 #include <string.h>                                                                                                  
      7 struct stu{                                                                                                          
      8   int id;                                                                                                            
      9   char name[20];                                                                                                     
     10 };                                                                                                                   
     11 int main()                                                                                                           
     12 {                                                                                                                    
     13  int shmid = shmget(1234,sizeof(struct stu),0);                                                                      
     14  if(shmid == -1)                                                                                                     
     15  {                                                                                                                   
     16    perror("shmget\n");                                                                                               
     17  }                                                                                                                   
     18  printf("create succecss\n");                                                                                        
     19 struct stu *p = (struct stu *)shmat(shmid,NULL,0); 
     20 if(p == NULL)                                                                                                        
     21 {                                                                                                                    
     22   perror("shmat");                                                                                                   
     23   exit(1);                                                                                                           
     24 }                                                                                                                    
     25 p->id = 1;                                                                                                           
     26 strcpy(p->name ,"jane");                                                                                             
     27 sleep(30);                                                                                                           
     28 shmdt(p);                                                                                                            
     29 return 0;                                                                                                            
     30 }

1 #include <unistd.h>                                                                                                  
      2 #include <stdio.h>                                                                                                   
      3 #include <stdlib.h>                                                                                                  
      4 #include <sys/ipc.h>                                                                                                 
      5 #include <sys/shm.h>                                                                                                 
      6 #include <string.h>                                                                                                  
      7 struct stu{                                                                                                          
      8   int id;                                                                                                            
      9   char name[20];                                                                                                     
     10 };                                                                                                                   
     11 int main()                                                                                                           
     12 {                                                                                                                    
     13  int shmid = shmget(1234,sizeof(struct stu),0);                                                                      
     14  if(shmid == -1)                                                                                                     
     15  {                                                                                                                   
     16    perror("shmget\n");                                                                                               
     17  }                                                                                                                   
     18  printf("create succecss\n");                                                                                        
     19 struct stu *p = (struct stu *)shmat(shmid,NULL,0);  
     20 if(p == NULL)                                                                                                        
     21 {                                                                                                                    
     22   perror("shmat");                                                                                                   
     23   exit(1);                                                                                                           
     24 }                                                                                                                    
     25 printf("p->id = %d,p->name = %s",p->id ,p->name);                                                                    
     26 shmdt(p);                                                                                                            
     27 return 0;                                                                                                            
     28 }

[20180523210802609]: /images/20220516/dfac962f7ced4941987220622dc4b6c9.png