IPC(Inter-Process Communication)进程间通信总结

深藏阁楼爱情的钟 2022-10-05 03:59 143阅读 0赞

\-------根据网络视频整理

# 1、进程间通信分为： #

## 1.1同一台主机上的进程间通信； ##

1)管道：

*  匿名管道
 *  命名管道

2)XSI ---->SysV

*  Message Queues//消息队列
 *  Semaphore array//信号量数组
 *  Shared Memory //共享内存

## 1.2不同主机上的进程间通信； ##

*  网络套接字socket

# 2、各种进程间通信方式 #

## 2.1管道 ##

是内核提供的，单工（一端为读端，一端为写端），具有自同步机制（迁就慢的一方，读或写要去等慢的那一方有写的内容或者读的那一方）。

**1）匿名管道**

磁盘上看不到匿名管道名（即ls 是看不到的），若两个进程没有血缘关系，是找不到同一个匿名管道来通信的，即只有有血缘关系的两个进程才能用匿名管道通信；

pipe()函数

#include <unistd.h>
    int pipe(int pipefd[2]);

参数：会回填两个文件描述符

pipefd\[0\]  作为读端

pipefd\[1\] 作为写端

成功返回0，失败返回-1，设置errno.

因为是应用在有血缘关系的两个进程间通信；所以可以父写子读，或者父读子写。

下例：父写子读，故父的读fd关上；子的写fd关上。

先pipe,后fork,因为fork之后便创建了子进程，拿到了父进程中的pipe中的两个文件描述符。

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #define BUFSIZE 1024
    int main()
    {
        int pd[2];
        pid_t pid;
        int  len;
        char buf[BUFSIZE];
        if(pipe(pd)<))
        {    
            perror("pipe()");
            exit(1);
        };
        pid = fork();
        if(pid<0)
        {
            perror("fork()");
            exit(1);
        }
        if(pid == 0)//子进程
        {
            close(pd[1]);//子进程的写端不用，先关闭
            len = read(pd[0],buf,BUFSIZE);
            write(1,buf,len);
            close(pd[0]);//子进程的读端读完后关闭
            exit(0);
        }
        else{//父进程
            close(pd[0]);//父进程的读端不用，先关闭
            write(pd[1],"hello!",6);
            close(pd[1]);//父进程的写端写完后关闭
            wait(NULL);//收尸
            exit(0);
    
        }
    
        //exit(0);
    }

实质：是将文件打开，给了一个fd或者FILE\*,

**2）命名管道**

文件名为p的文件---通过ls能看到的（是命名管道，匿名管道是看不到的）

不具有血缘关系的两个进程也能通信，管道其实就是当前存在的一个文件。

mkfifo()

#include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    
    int mkfifo(const char *pathname,mode_t mode);

![20210606122755590.png][]

参数：

pathname:创建的命令管道的名称；

mode:管道权限

返回值：

成功返回0；

失败返回-1，设置errno.

## 2.2XSI--->SysV  （system 5） ##

三种SysV的实现都以如下步骤：

*  ftok        //有血缘关系的进程，此函数可以不调用，只要获取匿名的IPC即可。形如  shmid = shmget(IPC\_PRIVATE,MEMSIZE,0600);
 *  xxget
 *  xxop
 *  xxctl

通过ipcs（ipc show）命令查看有以下类型：

![20210606124235328.png][]

![20210606124311538.png][]

既可以用在有血缘关系也可用在没血缘关系的进程间通信，有血缘关系的好办，fork之后就拿到了。

没有血缘关系的进程间是通过上图中的key值。

key:  使用ftok();函数 (f  to  key)产生同一个key ，然后以下三种机制都对通过key值产生id号，msqid,semid,shmid。

即：同一个key值创建实例，产生同一个id,通信双方就可以通过该id通信。

key\_t ftok(const char \*pathname,int proj\_id);

![20210606130843346.png][]

![20210606130857599.png][]

以下三中机制用到的函数都是形如：

XXXget -----创建

XXXop ------操作，如读写

XXXctl -------控制，如，销毁

将XXX替换成msg  sem shm 可以通过man手册查看。

### 2.2.1Message Queues//消息队列 ###

**消息队列为双工的。**

\-----msgget():

![20210606125953782.png][]

key为使用ftok获得的值。

返回值成功为ID号。失败为-1，并设置errno.

使用man   msgop可以查看如下megop分为如下两个操作。

\------megrcv

int msgrcv(int msgid, void \*msgp, size\_t msg\_sz, long msgtyp, int msgflg);

参数： msgid创建的id

msgp,收到的内容存放的首地址，

msgsz,收到的内容的大小

msgtyp:是否要挑消息来收，即包的编号。

msgflg:特殊要求。

![20210606163410124.png][]

msgp指向的是如上的msgbuf大概的结构体格式，即必须得有long mtype（>0）;

char mtext\[1\];则是说是变参的，并不是说数组中只有一个数据。

返回值：成功：返回接收到的真正的字节个数

失败，返回-1，设置errno.

\------megsnd

int msgsend(int msgid, const void \*msgp, size\_t msgsz, int msgflg);

参数：

msgid :id

msgp:待发送的数据

msgsz:数据长度

msgflg:特殊要求

\-------msgctl

![2021060613185952.png][]

cmd有很多，根据cmd的不同，buf是否需要传参

//协议proto.h
    #ifndef PROTO_H__
    #defifin PROTO_H__
    
    #define KEYPATH "/etc/services"   //任意找的一个文件
    #define KEYPROJ 'g'    //保证一定是个整型，因为是ascii码值
    #define NAMESIZE 32
    struct msg_st
    {
        long mtype;//这是格式要求的类型。
        char name[NAMESIZE];
        int math;
        int chinese;
    };
    
    #endif

//发包的一方一定是主动端

//发送进程
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/types.h?
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/msg.h>
    #include <string.h>
    
    #include "proto.h"
    int main()
    {
        key_t key;
        struct msg_st sbuf;
        int msgid;
        key = ftok(KEYPATH,KEYPROJ);
        if(key<0)
        {
            perror("ftok()");
            exit(0);
        }
        msgid = msgget(key,0);//后运行一方不需要再CREAT了。
    
        if(msgid<0)
        {
            perror("msgget");
            exit(0);
        }
        sbuf.mtype = 1;
        strcpy(sbuf.name,"Alan");
        sbuf.math = rand()%100;
        sbuf.chinese = rand()%100;
        if(msgsnd(msgid ,&sbuf,sizeof(sbuf)-sizeof(long),0)<0)
        {
            perror("msgsnd()");
            exit(1);
        }
        //msgctl();  //此处不需要，因为并没有创建，所以并不用销毁。
        puts("ok");
        exit(0);
    }

//被动端一定是先收包的一方，**故被动端一定是先运行的一方。**故，接收方一定要有IPC\_CREAT权限。

send方可以有IPC\_CREAT也可以没有。

注意：msgrcv(msgid,&rbuf,sizeof(rbuf)-sizeof(long),0,0);的写法，大小是实际所传数据的大小，故要减去一个long的大小。

//接收方进程
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/msg.h>
    
    #include "proto.h"
    
    int main()
    {
        key_t key;
        msg_t msgid;
        struct msg_st rbuf;
        key = ftok(KEYPATH,KEYPROJ);
        if(key<0)
        {
            perror("ftok()");
            exit(0);
        }
        msgid = msgget(key,IPC_CREAT|0600);//只要有IPC_CREAT，就一定有后面的权限，权限可以根据幻定义
        if(msgid<0)
        {
            perror("msgget");
            exit(0);
        }
        while(1)
        {
            if( msgrcv(msgid,&rbuf,sizeof(rbuf)-sizeof(long),0,0)<0)
            {
                perror("msgrcv");
                exit(0);
            }
            printf("NAME= %s\n",rbuf.name);
            printf("MATH=%s\n",rbuf.math);
            printf("CHINESE=%s\n",rbuf.chinese);
        
        }
       
        msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL);//销毁实例，故三参为NULL
        exit(0);
    }

运行该接收进程后，

在终端中查看命令 ipcs发现：会看到key值，和id,以及权限perms 600

![20210606171002782.png][]

使用ipcrm -q  0 //可以kill掉上面的消息队列。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L21vZGkwMDA_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

![202106061738150.png][]

### 2.2.2Semaphore array//信号量数组 ###

![20210606160114156.png][]

### 2.2.3Shared Memory//共享内存 ,这个与 mmap函数实现的功能类似 ###

![20210606130310371.png][]

key 为同一个key值，返回值int 即为id

shmget()

shmop();

shmctl();

![20210606145456805.png][]

shmat---->把共享内存映射过来。

shmid:id

shmaddr:映射到当前的哪块地址上，一般置空，因为当我们不确定哪块内存地址可用的时候，值为NULL，就会自动给我们找到当前进程空间可以使用的内存地址。

shmflg:操作权限。无特殊要求的话，一般设置为0

返回值：

成功：真正映射过来的地址位置。

失败：返回 (void\*)-1,设置errno

shmdt----->把共享内存解除映射。delet

//实现子进程读，父进程写的功能

注意：只有在父进程中销毁实例shmctl()，子进程中没有.因为是谁创建谁销毁，谁打开，谁释放。

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/shm.h>
    #include <string.h>
    #define  MEMSIZE 1024
    
    int main()
    {
        //ftok();//有血缘关系的进程，我们不关心key值，可以不用,使用匿名IPC。即shmget中使用IPC_PRIVATE
    
        char *ptr = NULL;
        shmid = shmget(IPC_PRIVATE,MEMSIZE,0600);
        if(shmid<0)
        {
            perror("shmget()");
            exit(1);
        }
        pid = fork();
        if(pid<0)
        {
            perror("fork()");
            exit(1);
        }
        if(pid == 0) //子进程
        {
            ptr = shmat(shmid,NULL0);
            if(ptr = (void*)-1)
            {
                  perror("shmat()");
                  exit(1);
            }
            strcpy(ptr,"hello");
            shmdt(ptr);//子进程解除映射
            exit(0);
                
        }
        else  //父进程
        {
            wait(NULL);//收尸，因为没有用到阻塞的系统调用，放在这能确保子进程写完。
            ptr = shmat(shmid,NULL,0);
            if(ptr== (void*)-1)
            {
                perror("shmat");
                exit(1);
            }
            puts(ptr);
            shmdt(ptr);
            shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);//因为是销毁，故第3个参数为NULL
            exit(0);
        }

[20210606122755590.png]: /images/20221005/1a1960116f204ce4b6ef80f8a60b1e17.png
[20210606124235328.png]: /images/20221005/5527cddcd1e3470c82c92c41f2250a48.png
[20210606124311538.png]: /images/20221005/8828b8a3f4564216a1f8b27bd6c9ba8d.png
[20210606130843346.png]: /images/20221005/1b554b6ecc204daeab8c7b0b1666b9e6.png
[20210606130857599.png]: /images/20221005/bcb8339c58f24ef6bafd2c2a6afbbe98.png
[20210606125953782.png]: /images/20221005/55a5e2405d384e2ab08e11ab32bd6f20.png
[20210606163410124.png]: /images/20221005/73b15a8accb24603bad6a9d1e7ec0d06.png
[2021060613185952.png]: /images/20221005/5dafd3bc6475468e9cb9ca787871754a.png
[20210606171002782.png]: /images/20221005/13a5fc108fb8497a875733e2aaf98457.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L21vZGkwMDA_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221005/5161034e55b64a1faab4d4ca8b7edeb4.png
[202106061738150.png]: /images/20221005/9e36787999214510a7a5700b45090458.png
[20210606160114156.png]: /images/20221005/cb0adc81fa594a12bc2be92f79464e93.png
[20210606130310371.png]: /images/20221005/2c75c321215248a4bcfc8b399172b3bb.png
[20210606145456805.png]: /images/20221005/d7d5da6d306d4532ac955400dfc9476a.png