unix_c--IPC使用步骤

简介

进程之间的通信包括多种：管道(有名管道，无名管道)，
信号，文件IO，共享内存，消息队列，信号量，socket。
以下介绍的是共享内存，消息队列和信号量，这是三种
常用的进程间的通信方式。

共享内存

共享内存，多个进程同时使用一片内存
1.共享内存的创建，或者获取一片共享内存
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
shmflg可以有多种宏值，可以实现不同的操作，但是通常只需要两个操作
创建一个共享内存 或者获取一片共享内存。

使用示例
shmid = shmget(0x12345678, 1000, IPC_CREAT | 0666);
如果共享内存存在，则会返回共享内存的id，如果不存在就会创建一片新的共享内存,并返回ID
shmget(0x12345678, 0, 0);
获得key为0x12345678的共享内存ID， 如果不存在就会出错返回，同时设置errno值

2.共享内存属性设置
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
struct shmid_ds结构体

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 */
    ...
};

通过cmd的值来决定不同的操作类型
IPC_STAT
获得原共享内存的额信息
IPC_SET
设置共享内存的信息，通过传入shmid_ds解构体。
一般来说，先要获取原来的共享内存的信息，然后再更改需要更改的部分
IPC_RMID
删除共享内存

3.将ID转为成地址
将ID转换成进程空间内的地址,不同的进程调用的值一般不会一样
void shmat(int shmid, void shmaddr, int shmflg);

使用示例
shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);
使用id将共享内存映射到本进程空间，并返回地址

4.结束使用
int shmdt(void *shmddr);
使用示例
shmdt(shmaddr);

消息队列

消息队列属于一种异步的通信方式，发送方不用管消息是否被正确接受
同时，发送的消息只能被一个进程接受，类似管道，接受一份就没了。
无论是消息的发送还是消息的接收都是原子操作。
1.可能存在多个进程向同一个消息队列发送消息，防止队列满
2.可能存在多个进程同时接收一个消息队列的消息。
消息队列并不是单单一个队列，它有多个队列，无论是发送还是接收都要指定type值
1 消息队列的创建，或者获得一个已经存在的消息队列
int msgget(key_t key, int msgflg);
使用示例
msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0666);
如果消息队列存在就返回其ID，如果不存在就创建一个新的消息队列
msgid = msgget(key, 0);
2 消息队列的设置
int msgctl(int msgid, int cmd, struct msgqid_ds *buf);
从函数可以看出，如果设置消息队列的属性，主要是通过结构体来完成。
结构体的构成

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 inqueue (nonstandard) */
    msgqnum_t       msg_qnum;     /* Current number of messagesin queue */
    msglen_t        msg_qbytes;   /* Maximum number of bytesallowed in queue */
    pid_t           msg_lspid;    /* PID of last msgsnd(2) */
    pid_t           msg_lrpid;    /* PID of last msgrcv(2) */
};

根据cmd的值来决定哪种操作
以下是几种常见操作：
IPC_STAT
IPC_STAT很明显是用来获取消息队列的信息。
IPC_RMID
IPC_RMID是删除一个消息队列
IPC_SET
IPC_SET是用来设置消息队列的信息，但是一般，只需要更改部分信息，
而并不需要改动其他信息，所以应该先执行STAT，来获得原来的信息，
然后更改需要更改的部分，这样才合理。

3 消息队列的发送和接收
int msgsnd(int msqid, const void msgp, size_t msgsz, int msgflg);
ssize_t msgrcv(int msqid, void msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
使用示例
发送：

typedef struct msg_buf{
    long type;
    char buf[1024];
}_msg_buf;
_msg_buf msg_buf;
memset(&msg_buf, 0x00, sizeof(msg_buf));
msg_buf.type = 1;
strcpy(msg_buf.buf, "hello,world");
msgsnd(msgqid, &msg_buf, strlen(msg_buf.buf), 0);

接收

typedef struct msg_buf{
    long type;
    char buf[1024];
}_msg_buf;
_msg_buf msg_buf;
memset(&msg_buf, 0x00, sizeof(msg_buf));
msg_buf.type = 1;
msgrcv(msgqid, &buf, 1024, 1, 0);

有上可以看出，无论是发送还是接收，都要指定type值，只有使用了相同的type值才能正确接收
同时，接收的时候指定需要传入type值而不是在接收的结构体里面。
但是，type值可以为0或者负的，有特殊含义
由于接收放并不知道消息具体的大小，所以必须要使用最大值。如果接收的消息指定的大小比发送的消息要小
消息会截短，剩余的部分会丢失。
接收方的type值不同，意义不同
当type值为正，接收指定对列的消息
当type值为0，接收消息队列的第一条消息
当type值为负，接收消息队列的小于或等于type的绝对值的第一条

信号量

信号量代表的是一种信号的容量。
1 信号量的创建,或者获取一个已经存在的信号量
int semget(key_t key, int nsem, int semflg);
根据semflg来决定操作。
使用示例
semid = semget(0x12345678, 3, IPC_CREAT|0666);
如果信号量存在，返回ID，否则
创建信号量，改信号量有3个种信号量。
信号权限为666，并返回ID
semid = semget(0x12345678, 0, 0);
获得信号量的ID。

2 设置信号量的信息。
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, …);
根据cmd的值来判定不同的操作类型。
主要使用两种参数
IPC_RMID
semctl(semid, 0, IPC_RMID);
SETVAL
semctl(semid, 2, SETVAL, 1);
将semid的信号量的第2号信号队列的值设置为1

3 信号量操作
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
struct sembuf{
unsigned short sem_num;
short sem_op;
short sem_flg;
};
sem_num 指定哪号信号队列
sem_op 指定信号的操作
sem_flg 指定操作类型，一般为0

使用示例

struct sembuf sem[2];
sem[0].sem_num = 0;
sem[0].sem_op  = -1;
sem[0].sem_flg = 0;
sem[1].sem_num = 1;
sem[1].sem_op = 1;
sem[1].sem_flg = 0;
semop(semid, sem, 2);

上面操作是同时对一个信号量的两个信号队列进行操作。
信号队列0的sem_op值为-1，所以是加锁操作。
信号队列1的sem_op的为1， 所以是解锁操作。