IPC对象

IPC对象

　　 IPC对象的概念　　IPC对象示意图如下： 　　如上图所示，IPC对象是活动在内核级别的一种进程间通信的工具。存在的IPC对象通过它的标识符来引用和访问，这个标识符是一个非负整数，它唯一的标识了一个IPC对象，这个IPC对象可以是消息队列或信号量或共享存储器中的任意一种类型。 　　在Linux系统中标识符被声明成整数，所以可能存在的最大标识符为65535。这里标识符与文件描述符有所不同，使用open函数打开一个文件时，返回的文件描述符的值为当前进程最小可用的文件描述符数组的下标。IPC对象删除或创建时相应的标识符的值会不断增加到最大的值，归零循环分配使用。 　　IPC的标识符只解决了内部访问一个IPC对象的问题，如何让多个进程都访问某一个特定的IPC对象还需要一个外部键（key），每一个IPC对象都与一个键相关联。这样就解决了多进程在一个IPC对象上汇合的问题。 　　创建一个IPC对象时需要指定一个键值，类型为key_t，在中定义为一个长整型。键值到标识符的转换是由系统内核来维护的。当有了一个IPC对象的键值，如何让多个进程知道这个键，可以有多种实现的办法。 　　● 可以使用文件来做中间的通道，创建IPC对象进程，使用键IPC_PRIVATE成功建立IPC对象之后，将返回的标识符存储在一个文件中。其他进程通过读取这个标识符来引用IPC对象通信。 　　● 定义一个多个进程都认可的键，每个进程使用这个键来引用IPC对象，值得注意的是，创建IPC对象的进程中，创建IPC对象时如果该键值已经与一个IPC对象结合，则应该删除该IPC对象，再创建一个新的IPC对象。 　　● 多进程通信中，对于指定键引用一个IPC对象而言，可能不具有拓展性，并且在该键值已经被一个IPC对象结合的情况下。所以必须删除这个存在对象之后再建立一个新的。这有可能影响到其他正在使用这个对象的进程。函数ftok可以在一定程度上解决这个问题， 　　函数ftok可以使用两个参数生成一个键值，函数原型如下： 　　#include 　　key_t ftok( const char *path, int id ); 　　函数中参数path是一个文件名。函数中进行的操作是，取该文件的stat结构的st_dev成员和st_ino成员的部分值，然后与参数ID的第八位结合起来生成一个键值。由于只是使用st_dew和st_ino的部分值，所以会丢失信息，不排除两个不同文件使用同一个ID，得到同样键值的情况。 　　系统为每一个IPC对象保存一个ipc_perm结构体，该结构说明了IPC对象的权限和所有者，每一个版本的内核各有不用的ipc_perm结构成员。若要查看详细的定义请参阅文件。 　　struct ipc_perm { 　　key_t key; 　　uid_t uid; 　　gid_t gid; 　　uid_t cuid; 　　gid_t cgid; 　　unsigned short mode; 　　unsigned short seq; 　　}; 　　每一种版本的ipc_perm结构体定义至少要包含上述几个域。当调用IPC对象的创建函数（semget msgget shmget ）时，会对ipc_perm结构的每一个域赋值。在后续的操作中如需修改这几个域则调用相应的控制函数（msgctl semctl shmctl）。 　　%注意：只有超级用户或者创建IPC对象的进程有权改变ipc_perm结构的值。结构中的mode域类似于文件的stat结构的mode域，但是不可以有执行权限。mode值描述如表14-3所示。 　　ipc_perm的mode详解表 　　操作者 读 写（更改 更新） 操作者 读 写（更改 更新） 用户 0400 0200 其他 0004 0002 组 0040 0020 IPC对象的问题　　IPC对象所存在的问题主要集中在以下几点： 　　过于繁杂的编程接口，比起使用其他通信方式，IPC所要求的代码量要明显增多。 　　● IPC不使用通用的文件系统，这也是饱受指责的原因。所以不能使用标准I/O操作函数来读写IPC对象。为此不得不新增加一些函数来支持必要的一些操作（例如msgget msgrev msgctl等）并且对于不同类型的IPC对象都有一系列特定的操作函数。由于IPC不使用文件描述符，所以不能使用多路I/O监控函数select及poll函数来操作IPC对象。 　　● 缺少的资源回收机制。由于IPC对象在使用过程中并不保存引用计数，所以当出现一个进程创建了IPC对象然后退出时，则这个对象只有在出现后面几种情况才会被释放或者删除，即由某一个进程读出消息，或者IPC的所有者或超级用户删除了这个对象。这也是IPC相对于管道或FIFO所欠缺的资源回收机制。 IPC对象系统命令　　在shell下可以使用一些命令来操作IPC对象，下面通过几个实际的例子来帮助理解IPC对象，使用ipcs可以显示IPC的状态。在shell中输入： 　　$ipcs –a 　　------ Shared Memory Segments -------- 　　key shmid owner perms bytes nattch status 　　0x00000000 65536 root 600 393216 2 dest 　　0x00000000 2654209 root 666 4096 0 　　0x00000000 2752516 root 666 4096 0 　　------ Semaphore Arrays -------- 　　key semid owner perms nsems 　　0x00000000 294911 root 666 1 　　------ Message Queues -------- 　　key msqid owner perms used-bytes messages 　　注意ipcs输出的信息中的key 以及shmid，key标识的是IPC对象的外键，shmid标识的IPC对象的标识符。owner标识的是IPC所属的用户，perms标识权限。可以使用ipcrm命令来删除一个IPC对象，使用实例如下。在shell中输入： 　　$ipcrm –m 2752516 　　$ipcs –a 　　------ Shared Memory Segments -------- 　　key shmid owner perms bytes nattch status 　　0x00000000 65536 root 600 393216 2 dest 　　0x00000000 2654209 root 666 4096 0 　　------ Semaphore Arrays -------- 　　key semid owner perms nsems 　　0x00000000 294911 root 666 1 　　------ Message Queues -------- 　　key msqid owner perms used-bytes messages 　　在应用中，如果使用kill命令删除程序后，发现系统资源例如内存的使用量仍然很高，则应检查系统IPC状态，并使用ipcrm命令删除不使用的IPC。