day_13_管道、共享内存、消息队列

一、使用管道实现进程间的通信

1.1 基本概念

  管道本质上还是以文件作为媒介，只是该文件比较特殊，叫做管道文件而已；
  管道主要分为两大类：有名管道 和 无名管道；
    有名管道 - - - - - - 可以用于任意两个进程间的通信
    无名管道 - - - - - - 主要用于父子进程之间的通信

1.2 使用有名管道实现进程间的通信

  $ mkfifo xxx.pipe：表示创建管道文件
如：
  $ touch a.txt      => 创建普通文件a.txt，ls -l该文件的类型是-
  $ echo hello > a.txt  => 表示写入hello到文件a.txt中，可以写入，文件大小改变
  $ cat a.txt        => 表示查看文件a.txt中的内容，可以看到写入的hello
  $ mkfifo a.pipe     => 创建管道文件a.pipe，ls -l该文件的类型是p
  $ echo hello > a.pipe =>表示写入hello到文件a.pipe中，不可以写入，大小不变
另起一个终端，执行命令：
  $ cat a.pipe      => 表示读取文件a.pipe中的内容，可以看到hello
               => 但是文件本身的大小还是不变；

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

功能：

主要用于创建参数指定的有名管道文件；

参数：

第一个参数：字符串形式的路径名；
第二个参数：具体的权限信息，如：0664；

1.3 使用无名管道实现进程间的通信

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

功能：

主要用于创建一个无名管道，是一个单向的数据通道，可以实现两个进程之间的通信；
通过参数数组可以返回两个文件描述符，其中pipefd[0]代表管道的读端，pipefd[1]代表管道的写端；

注意：

管道文件的特殊性就在于仅仅作为两个进程间通信的媒介，但是该文件本身并不会存储任何数据内容；

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二、使用共享内存实现进程间的通信

2.1 基本概念

  共享内存本质上就是一块由系统内核维护的内存空间，该内存空间被共享在两个进程之间，从而通过读写实现通信；

2.2 通信模型

 （1）获取key值，使用ftok()；
 （2）创建 / 获取共享内存，使用shmget()；
 （3）挂接共享内存，使用shmat()；
 （4）访问共享内存；
 （5）脱接共享内存，使用shmdt()；
 （6）如果不再使用，则删除共享内存，使用shmctl()；

2.3 相关函数的解析

（1）ftok()

#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);  //key_t = int;

功能：

主要用于根据路径名和项目的编号来生成key值；

参数：

第一个参数：字符串形式的路径名；（要求文件必须存在，并且可以访问）
第二个参数：项目的编号；（要求必须是非0，取低八位二进制位）

返回值：

success —- key_t类型的key值，error —- -1；

注意：

使用相同的文件路径和相同的项目编号时，生成的key值也相同；

（2）shmget()

#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

功能：

主要用于创建 / 获取一个共享内存段；

参数：

第一个参数：key值，ftok()的返回值；
第二个参数：共享内存的大小；
  0 - - - - - - - - - - - - - - - 获取已经存在的共享内存
第三个参数：具体的操作标志；
  IPC_CREAT - - - - - - 若存在则创建，存在则打开
  IPC_EXCL - - - - - - - 与IPC_CREAT搭配使用，若存在则创建失败
  0 - - - - - - - - - - - - - - -获取已经存在的共享内存

返回值：

success —- 共享内存的ID，error —- -1；

注意：

当创建新的共享内存时，需要在第三个参数中通过按位或的方式来指定权限信息，如：0664；

（3）shmat()

#include <sys/types.h>#include <sys/shm.h>void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

功能：

主要用于挂接共享内存到当前进程的地址空间中；

参数：

第一个参数：共享内存的ID，shmget()的返回值；
第二个参数：共享内存的起始地址，给NULL由系统选择；
第三个参数：具体的操作标志，默认给0即可；

返回值：

success —- 共享内存段的挂接地址，error —- (void*)-1；

（4）shmdt()

#include <sys/types.h>#include <sys/shm.h>int shmdt(const void *shmaddr);

功能：

主要用于脱接参数指定的挂接地址，参数一般传递shmat()的返回值；

（5）shmctl()

#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

功能：

主要用于对指定的共享内存执行指定的操作；

参数：

第一个参数：共享内存的ID，shmget()的返回值；
第二个参数：具体的操作命令；
  IPC_RMID - - - - - 删除共享内存，此时第三个参数给NULL即可
第三个参数：结构体指针

2.4 常见的基本命令

  $ ipcs -m - - - - - - - - - - - - - - - - - 表示查看系统中已经存在的共享内存
  $ ipcrm -m 共享内存的ID - - - – 表示删除指定的共享内存

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三、使用消息队列实现进程间的通信

3.1 基本概念

  一般来说，首先将传递的数据打包成消息，然后使用两个进程分别发送消息到消息队列中 / 接收消息队列中的消息，从而实现进程间的通信；

3.2 通信模型

 （1）获取key值，使用ftok()；
 （2）创建 / 获取消息队列，使用msgget()；
 （3）发送消息到消息队列 / 接收消息队列中的消息，使用msgsnd() / msgrcv()；
 （4）如果不再使用，则删除消息队列，使用msgctl()；

3.3 相关函数的解析

（1）msgget()

#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/msg.h>int msgget(key_t key, int msgflg);

功能：

主要用于创建 / 获取一个消息队列；

参数：

第一个参数：key值，ftok()的返回值；
第二个参数：具体的操作标志；
  IPC_CREAT - - - - - - 若不存在则创建，存在则打开；
  IPC_EXCL - - - - - - - 与IPC_CREAT搭配使用，若存在则创建失败
  0 - - - - - - - - - - - - - – 获取已经存在的消息队列

返回值：

success —- 消息队列的ID，error —- -1；

注意：

当创建新的消息队列时，在第二个参数中需要通过按位或的方式来指定权限信息，如：0664；

（2）msgsnd()

#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/msg.h>int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

功能：

主要用于将指定的消息发送到指定的消息队列中；

参数：

第一个参数：消息队列的ID，msgget()的返回值；
第二个参数：消息的首地址，消息的一般格式如下：

struct msgbuf{    long mtype;       /* 消息的类型，必须大于0 */    char mtext[1];    /* 消息的内容，可以是其他类型 */};

   第三个参数：消息的大小；（用于指定消息内容的大小，不包括消息的类型）
   第四个参数：发送的标志，默认给0即可；

（3）msgrcv()

#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/msg.h>ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);/* ssize_t = long int; size_t = long unsigned int */

功能：

主要用于从指定的消息队列中接收指定的消息；

参数：

第一个参数：消息队列的ID，msgget()的返回值；
第二个参数：存放信息的首地址；
第三个参数：消息的大小；（用于指定消息内容的大小，不包括消息的类型）
第四个参数：消息的类型；
  0 - - - - - - - 表示始终读取消息队列中的第一个消息
  >0 - - - - - - 表示始终读取消息队列中第一个类型为msgtyp的消息
  <0 - - - - - - 表示读取消息队列中小于等于msgtyp绝对值的消息，其中最小的类型优先读取
第五个参数：具体的接收方式，默认给0即可；

返回值：

success —- 实际读取的字节数，error —- -1；

（4）msgctl()

#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/msg.h>int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

功能：

主要用于删除消息队列；

参数：

第一个参数：消息队列的ID；
第二个参数：具体的操作命令；
  IPC_RMID - - - - - - - - 删除消息队列，此时第三个参数给NULL即可
第三个参数：结构体指针；

3.4 常见的基本命令

  $ ipcs -q - - - - - - - - - - - - - - - - - 表示查看系统中已经存在的消息队列
  $ ipcrm -q 消息队列的ID - - - – 表示删除指定的消息队列

明日预报：

（1）进程间的通信