目录
[一、system V IPC对象图解](#一、system V IPC对象图解)
[2.1 获取或创建消息队列（msgget）](#2.1 获取或创建消息队列（msgget）)
[2.2 发送消息到消息队列中](#2.2 发送消息到消息队列中)
[2.3 从消息队列中获取消息](#2.3 从消息队列中获取消息)
[2.4 消息队列相关的命令](#2.4 消息队列相关的命令)
[2.5 管理消息队列](#2.5 管理消息队列)
[3.1 创建共享内存对象](#3.1 创建共享内存对象)
[3.2 映射共享内存](#3.2 映射共享内存)
[3.3 取消映射](#3.3 取消映射)
[实例代码shm.h 如下：](#实例代码shm.h 如下：)
[3.4 管理共享内存](#3.4 管理共享内存)
[四、信号灯 （信号量）](#四、信号灯 （信号量）)
[2.1 创建或获取信号灯对象](#2.1 创建或获取信号灯对象)
[2.2 实现P操作和V操作](#2.2 实现P操作和V操作)
[2.3 管理信号灯](#2.3 管理信号灯)
前言
System V IPC（Inter-Process Communication）对象是一种用于在不同进程之间进行通信的机制。它包括三种类型的对象：消息队列（Message Queue）、信号量（Semaphore）和共享内存（Shared Memory）。
一、system V IPC对象图解
1.流程图解：
2.查看linux内核中的ipc对象：
**二、**消息队列
1.消息队列的原理
2.消息队列相关的API
2.1 获取或创建消息队列（msgget）
头文件：
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
int msgget(key_t key, int msgflg);
//参数1 ----- key ：
动态获取key： ftok()
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
//参数1 ---- 工程目录
//参数2 ---- 工程编号
//返回值 ----- 成功，返回key值，失败：-1
静态分配： IPC_PRIVATE
//参数2 ------ msgflg：如果消息队列不存在，需要给出创建的关键字，并设置权限 IPC_CREAT | 0666
//返回值 ----- 成功：消息队列的ID，失败：-1
实例代码如下：
int main(void)
{
key_t key;
int msg_id;
//获取key值
key = ftok("./",0xa);
if(key < 0){
perror("ftok");
exit(1);
}
//创建或获取消息对象
msg_id = msgget(key,IPC_CREAT|0666);
if(msg_id < 0){
perror("msgget");
exit(1);
}
return 0;
}
2.2 发送消息到消息队列中
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
//参数1 ----- 消息队列的id
//参数2 ----- 指向struct msgbuf结构体的指针，该结构体需要自己定义，如下：
struct msgbuf {
long mtype; /* message type, must be > 0 消息类型*/
char mtext[1]; /* message data 消息正文*/
};
//参数3 ---- 要发送的消息的长度
//参数4 ---- msgflg值如下：
IPC_NOWAIT 消息没有发送完成函数也会立即返回。
0：直到发送完成函数才返回
//返回值 --- 成功：0，失败：-1
实例代码如下：
int main(void)
{
key_t key;
int msg_id;
//获取key值
key = ftok("./",0xa);
if(key < 0){
perror("ftok");
exit(1);
}
//创建或获取消息对象
msg_id = msgget(key,IPC_CREAT|0666);
if(msg_id < 0){
perror("msgget");
exit(1);
}
//向消息队列中发送消息
while(1){
bzero(&buf,sizeof(buf));
printf("请输入消息的类型:");
scanf("%ld",&buf.mtype);
printf("请输入消息:");
while(getchar() != '\n'); //清空输入缓冲区
fgets(buf.mtext,sizeof(buf.mtext),stdin);
buf.mtext[strlen(buf.mtext)-1] = '\0';
if(msgsnd(msg_id,&buf,strlen(buf.mtext),0) < 0){
perror("msgsnd");
exit(1);
}
}
return 0;
}
2.3 从消息队列中获取消息
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
//参数1 ----- 消息队列的id
//参数2 ----- 指向struct msgbuf结构体的指针，该结构体需要自己定义，如下：
struct msgbuf {
long mtype; /* message type, must be > 0 消息类型*/
char mtext[1]; /* message data 消息正文*/
};
//参数3 ---- mtext的长度
//参数4 ---- msgtyp：要接收的消息类型
msgtyp > 0 ,表示接收指定类型的消息
msgtyp = 0 ，按先后顺序依次接收不同类型消息
msgtyp < 0 ，优先接收消息类型不大于|msgtyp|的最小类型的消息
//参数5 ---- msgflg值如下：
IPC_NOWAIT 消息没有发送完成函数也会立即返回。
0：直到发送完成函数才返回
//返回值 --- 成功：0，失败：-1
实例代码如下：
int main(void)
{
key_t key;
int msg_id;
//获取key值
key = ftok("./",0xa);
if(key < 0){
perror("ftok");
exit(1);
}
//创建或获取消息对象
msg_id = msgget(key,IPC_CREAT|0666);
if(msg_id < 0){
perror("msgget");
exit(1);
}
//从消息队列中获取消息
while(1){
bzero(&buf,sizeof(buf));
printf("请输入消息的类型:");
scanf("%ld",&buf.mtype);
if(msgrcv(msg_id,&buf,sizeof(buf.mtext),buf.mtype,0) < 0){
perror("msgsnd");
exit(1);
}
printf("msg:%s\n",buf.mtext);
}
return 0;
}
2.4 消息队列相关的命令
peter@ubuntu:~/2308/proc/day04_code$ ipcs -q
------ Message Queues --------
key msqid owner perms used-bytes messages
0x0a010356 0 peter 666 61 5
peter@ubuntu:~/2308/proc/day04_code$ ipcrm -q 0
peter@ubuntu:~/2308/proc/day04_code$ ipcs -q
------ Message Queues --------
key msqid owner perms used-bytes messages
2.5 管理消息队列
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
//参数1 ---- 消息队列ID
//参数2 ---- 功能码：
IPC_STAT：读取消息队列的属性，并将其保存在buf指向的缓冲区中。
IPC_SET：设置消息队列的属性。这个值取自buf参数。
IPC_RMID：从系统中删除消息队列。
//参数3 ----struct msqid_ds 结构体指针
struct msqid_ds {
struct ipc_perm msg_perm; /* Ownership and permissions */
time_t msg_stime; /* Time of last msgsnd(2) */
time_t msg_rtime; /* Time of last msgrcv(2) */
time_t msg_ctime; /* Time of last change */
unsigned long __msg_cbytes; /* Current number of bytes in
queue (nonstandard) */
msgqnum_t msg_qnum; /* Current number of messages
in queue */
msglen_t msg_qbytes; /* Maximum number of bytes
allowed in queue */
pid_t msg_lspid; /* PID of last msgsnd(2) */
pid_t msg_lrpid; /* PID of last msgrcv(2) */
};
实例代码如下：
int main(int argc,char **argv)
{
int msg_id;
msg_id = atoi(argv[1]);
if(msgctl(msg_id,IPC_RMID,NULL) < 0){
perror("msgget");
exit(1);
}
return 0;
}
三、共享内存
1.概念
共享内存是一种最为高效的进程间通信方式，进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝
为了在多个进程间交换信息，内核专门留出了一块内存区，可以由需要访问的进程将其映射到自己的私有地址空间
进程就可以直接读写这一内存区而不需要进行数据的拷贝，从而大大提高的效率。
由于多个进程共享一段内存，因此也需要依靠某种同步机制，如互斥锁和信号量等
2.原理图解
3.相关的api函数
3.1 创建共享内存对象
头文件：
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
//参数1 ---- 动态获取key： ftok()
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
//参数1 ---- 工程目录
//参数2 ---- 工程编号
//返回值 ----- 成功，返回key值，失败：-1
静态分配： IPC_PRIVATE
//参数2 ---- 要创建或获取的共享内存的大小
//参数3 ---- 权限：IPC_CREAT | 0666
//返回值 ---- 成功：共享内存ID，失败:-1
实例代码如下：
int main(void)
{
key_t key;
int shm_id;
//获取key值
key = ftok("./",0xa);
if(key < 0){
perror("ftok");
exit(1);
}
//创建或获取共享内存对象
shm_id = shmget(key,SHM_SIZE, IPC_CREAT|0666);
if(shm_id < 0){
perror("shmget");
exit(1);
}
return 0;
}
3.2 映射共享内存
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
//参数1 ---- 共享内存ID
//参数2 ---- 指定进程虚拟空间的映射的起始地址，一般为NULL：让系统分配一个起始地址
//参数3 ---- 访问权限：SHM_RDONLY：共享内存只读
默认0：共享内存可读写
//返回值 --- 成功：映射的虚拟空间地址，失败：-1
3.3 取消映射
int shmdt(const void *shmaddr);
//参数 ----映射的虚拟空间的起始地址
//返回值 ----成功：0，失败:-1
实例代码reader.c如下：
#include "shm.h"
int main(void)
{
key_t key;
int shm_id;
char *buf;
//获取key值
key = ftok("./",0xa);
if(key < 0){
perror("ftok");
exit(1);
}
//创建或获取共享内存对象
shm_id = shmget(key,SHM_SIZE, IPC_CREAT|0666);
if(shm_id < 0){
perror("shmget");
exit(1);
}
//将共享内存映射到进程的虚拟空间中
buf = (char*)shmat(shm_id,NULL,0);
if(buf < 0){
perror("shmat");
exit(1);
}
//打印共享内存中的数据
while(1){
printf("%s",buf);
sleep(1);
}
//解除映射
if(shmdt(buf) < 0){
perror("shmdt");
exit(1);
}
return 0;
}
实例代码writer.c如下：
#include "shm.h"
int main(void)
{
key_t key;
int shm_id;
char *buf;
//获取key值
key = ftok("./",0xa);
if(key < 0){
perror("ftok");
exit(1);
}
//创建或获取共享内存对象
shm_id = shmget(key,SHM_SIZE, IPC_CREAT|0666);
if(shm_id < 0){
perror("shmget");
exit(1);
}
//将共享内存映射到进程的虚拟空间中
buf = (char*)shmat(shm_id,NULL,0);
if(buf < 0){
perror("shmat");
exit(1);
}
//向共享内存写数据
while(1){
printf("请输入字符串:");
fgets(buf,SHM_SIZE,stdin);
}
//解除映射
if(shmdt(buf) < 0){
perror("shmdt");
exit(1);
}
return 0;
}
实例代码shm.h 如下：
#ifndef __SHM_H__
#define __SHM_H__
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define SHM_SIZE 1024
#endif
3.4 管理共享内存
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
//参数1 ---- 共享内存的ID
//参数2 ---- 功能码：
IPC_STAT (获取对象属性)
IPC_SET (设置对象属性)
IPC_RMID (删除对象)
//参数3 ----struct shmid_ds 结构体指针
struct shmid_ds {
struct ipc_perm shm_perm; /* Ownership and permissions */
size_t shm_segsz; /* Size of segment (bytes) */
time_t shm_atime; /* Last attach time */
time_t shm_dtime; /* Last detach time */
time_t shm_ctime; /* Last change time */
pid_t shm_cpid; /* PID of creator */
pid_t shm_lpid; /* PID of last shmat(2)/shmdt(2) */
shmatt_t shm_nattch; /* No. of current attaches */
...
};
实例代码如下：
int main(int argc,char **argv)
{
int shm_id;
shm_id = atoi(argv[1]);
if(shmctl(shm_id,IPC_RMID,NULL) < 0){
perror("shmget");
exit(1);
}
return 0;
}
四、信号灯 （信号量）
1.概念
信号灯(semaphore)，也叫信号量。它是不同进程间或一个给定进程内部不同线程间同步的机制。
信号灯种类：
posix有名信号灯
posix基于内存的信号灯(无名信号灯)
System V信号灯(IPC对象)
1》 二值信号灯：用于表示资源是否可用
值为0或1。与互斥锁类似，资源可用时值为1，不可用时值为0。
2》 计数信号灯：用于表示资源的数量
值在0到n之间。用来统计资源，其值代表可用资源数
3》 等待操作，也称为P操作
是等待信号灯的值变为大于0，然后将其减1；
4》 释放操作，也称为V操作
用来唤醒等待资源的进程或者线程
5》System V的信号灯是一个或者多个信号灯的一个集合。其中的每一个都是单独的计数信号灯。而Posix信号灯指的是单个计数信号灯
2.信号灯相关的api函数
2.1 创建或获取信号灯对象
头文件：
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
//参数1 ---- 动态获取key： ftok()
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
//参数1 ---- 工程目录
//参数2 ---- 工程编号
//返回值 ----- 成功，返回key值，失败：-1
静态分配： IPC_PRIVATE
//参数2 ---- 集合中信号灯的个数
//参数3 ---- 访问权限：IPC_CREAT | 0666
//返回值 ---- 成功：信号灯对象ID，失败:-1
实例代码如下：
int main(void)
{
key_t key;
int sem_id;
//获取key值
key = ftok("./",0xa);
if(key < 0){
perror("ftok");
exit(1);
}
//创建或获取共享内存对象
sem_id = semget(key,1, IPC_CREAT|0666);
if(sem_id < 0){
perror("semget");
exit(1);
}
return 0;
}
2.2 实现P操作和V操作
int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);
//参数1 ----- 信号灯对象的ID
//参数2 ----- 结构体指针
struct sembuf {
short sem_num; // 要操作的信号灯的编号
short sem_op; // 0 : 等待，直到信号灯的值变成0
// 1 : 释放资源，V操作
// -1 : 分配资源，P操作
short sem_flg; // 0, IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
};
//参数3 -----nops: 要操作的信号灯的个数
//返回值 ---- 成功：0，失败：-1
实例代码如下：
//1》实现P操作
void sem_p(int sem_id,int index)
{
struct sembuf buf = {index,-1,0};
if(semop(sem_id,&buf,1) < 0){
perror("semop");
exit(1);
}
}
//2》实现v操作
void sem_v(int sem_id,int index)
{
struct sembuf buf = {index,1,0};
if(semop(sem_id,&buf,1) < 0){
perror("semop");
exit(1);
}
}
2.3 管理信号灯
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
//参数1 ---- 信号灯对象ID
//参数2 ---- 集合中信号灯的编号
//参数3 ---- 功能码：
IPC_STAT ----获取信号灯对象属性
IPC_SET ----设置信号灯对象属性
IPC_RMID ----从内核中删除信号灯对象
SETALL ----设置集合中所有信号灯的值
SETVAL ----设置集合中编号为semnum的信号灯的值
//参数4 ---- 联合体变量，类型如下：
union semun {
int val; /* Value for SETVAL */
struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */
struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO
(Linux-specific) */
};
//返回值 -----成功：0，失败：-1
实例代码如下：
//初始化指定的信号灯
void sem_init(int sem_id,int semnum,int value)
{
union semun su;
su.val = value;
if(semctl(sem_id,semnum,SETVAL,su) < 0){
perror("semctl");
exit(1);
}
}
//初始化所有信号灯
void sem_init_all(int sem_id,unsigned short vals[])
{
union semun su;
su.array = vals;
if(semctl(sem_id,0,SETALL,su) < 0){
perror("semctl");
exit(1);
}
}
总结
本篇文章针对进程间通信system V IPC对象进行详细讲解，希望能够帮到大家！
以后还会给大家展现更多关于嵌入式和C语言的其他重要的基础知识，感谢大家支持懒大王！
希望这篇博客能给各位朋友们带来帮助，最后懒大王请来过的朋友们留下你们宝贵的三连以及关注，感谢你们！