linux ipc tools

POSIX IPC为每个对象都使用文件描述符,这与System V的IPC不同,System V的每个对象都使用键值(keys).

由于每个IPC对象可以写到一个纯文本文件,因此,在纯文本文件上使用的工具对于操作POSIX IPC对象来说通常已经足够了.

1)POSIX共享内存

在Linux中,POSIX共享内存对象驻留在tmpfs伪文件系统中.系统默认挂载在/dev/shm目录下.

当调用shm_open函数创建或打开POSIX共享内存对象时,系统会将创建/打开的共享内存文件放到/dev/shm目录下.

同样也可以手工在/dev/shm目录下创建文件,以供POSIX共享内存程序连接使用.

我们用下面的源程序对POSIX共享内存进行测试,如下:

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/file.h>

#include <sys/mman.h>

#include <sys/wait.h>

void error_out(const char *msg)

{

        perror(msg);

        exit(EXIT_FAILURE);

}

int main (int argc, char *argv[])

{

        int r;

        const char *memname = "/mymem";

        const size_t region_size = sysconf(_SC_PAGE_SIZE);

        int fd = shm_open(memname, O_CREAT|O_TRUNC|O_RDWR, 0666);

        if (fd == -1)

                error_out("shm_open");

        r = ftruncate(fd, region_size);

        if (r != 0)

                error_out("ftruncate");

        void *ptr = mmap(0, region_size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);

        if (ptr == MAP_FAILED)

                error_out("MMAP");

        close(fd);

        pid_t pid = fork();

        if (pid == 0){

                u_long *d = (u_long *)ptr;

                *d = 0xdeadbeef;

                exit(0);

        }

        else{

                int status;

                waitpid(pid, &status, 0);

                printf("child wrote %#lx\n", *(u_long *)ptr);

        }

        sleep(50);

        r = munmap(ptr, region_size);

        if (r != 0)

                error_out("munmap");

        r = shm_unlink(memname);

        if (r != 0)

                error_out("shm_unlink");

        return 0;

}

编译程序pmem.c

gcc pmem.c -o pmem -lrt

执行程序pmem

./pmem

child wrote 0xdeadbeef

注:程序会通过shm_open函数创建一个共享内存对象,并通过mmap函数将文件映射到内存,此时修改内存,即是修改文件.

子进程向共享内存写数据,父进程将共享内存数据打印输出,在输出完成后,会等待50秒钟.我们可以在另一个终端看到/dev/shm/mymem文件,如下:

ls -l /dev/shm/mymem 

-rw-r--r-- 1 root root 4096 2011-03-16 15:22 /dev/shm/mymem

2)POSIX消息队列

在Linux中通过mqueue伪文件系统来显示POSIX消息队列,与POSIX共享内存不同的是,它没有一个标准的挂载点来为这个文件系统服务.

如果需要调试来自shell的POSIX消息队列,则需要手动挂载文件系统,例如,为了将其挂载在命名为/mnt/mqs的目录下,可以使用以下命令:

mkdir /mnt/mqs

mount -t mqueue none /mnt/mqs

我们用下面的源程序对POSIX消息队列进行测试,如下:

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <mqueue.h>

#include <sys/stat.h>

#include <sys/wait.h>

struct message{

 char mtext[128];

};

int send_msg(int qid, int pri, const char text[])

{

 int r = mq_send(qid, text, strlen(text) + 1,pri);

 if (r == -1){

  perror("mq_send");

 }

 return r;

}

void producer(mqd_t qid)

{

 send_msg(qid, 1, "This is my first message.");

 send_msg(qid, 1, "This is my second message.");

 send_msg(qid, 3, "No more messages.");

}

void consumer(mqd_t qid)

{

 struct mq_attr mattr;

 do{

  u_int pri;

  struct message msg;

  ssize_t len;

  len = mq_receive(qid, (char *)&msg, sizeof(msg), &pri);

  if (len == -1){

   perror("mq_receive");

   break;

  }

  printf("got pri %d '%s' len=%d\n", pri, msg.mtext, len);

  int r = mq_getattr(qid, &mattr);

  if (r == -1){

   perror("mq_getattr");

   break;

  }

 }while(mattr.mq_curmsgs);

}

int

main (int argc, char *argv[])

{

 struct mq_attr mattr = {

  .mq_maxmsg = 10,

  .mq_msgsize = sizeof(struct message)

 };

 mqd_t mqid = mq_open("/myq",

    O_CREAT|O_RDWR,

    S_IREAD|S_IWRITE,

    &mattr);

 if (mqid == (mqd_t) -1){

  perror("mq_open");

  exit (1);

 }

 pid_t pid = fork();

 if (pid == 0){

  producer(mqid);

  mq_close(mqid);

  exit(0);

 }

 else

 {

  int status;

  wait(&status);

  sleep(50);

  consumer(mqid);

  mq_close(mqid);

 }

 mq_unlink("/myq");

 return 0;

}

编译:

gcc posix_mqs.c -o posix_mqs -lrt

运行程序:

./posix_mqs 

got pri 3 'No more messages.' len=18

got pri 1 'This is my first message.' len=26

got pri 1 'This is my second message.' len=27

注:程序通过fork使子进程发送三条消息到消息队列,父进程从消息队列中接收这三条消息.

/mnt/mqs/myq文件是程序创建的消息队列文件,程序会自动在伪文件系统mqueue中创建消息队列文件.

如果我们挂载伪文件系统到多个目录,而在每个挂载目录下都会生成消息队列文件.

例如:

mkdir /dev/mqs/

mount -t mqueue none /dev/mqs

df -aTh

Filesystem    Type    Size  Used Avail Use% Mounted on

/dev/sda1     ext3     19G  3.3G   15G  19% /

proc          proc       0     0     0   -  /proc

sysfs        sysfs       0     0     0   -  /sys

devpts      devpts       0     0     0   -  /dev/pts

tmpfs        tmpfs    512M     0  512M   0% /dev/shm

none   binfmt_misc       0     0     0   -  /proc/sys/fs/binfmt_misc

sunrpc  rpc_pipefs       0     0     0   -  /var/lib/nfs/rpc_pipefs

none        mqueue       0     0     0   -  /mnt/mqs

none        mqueue       0     0     0   -  /dev/mqs

再次运行程序

./posix_mqs

我们看到在两个mqueue伪文件系统挂载的目录下都生成了myq文件

cat /mnt/mqs/myq /dev/mqs/myq 

QSIZE:71         NOTIFY:0     SIGNO:0     NOTIFY_PID:0     

QSIZE:71         NOTIFY:0     SIGNO:0     NOTIFY_PID:0  

QSIZE:71表示/mnt/mqs/myq消息队列中一共有71个字节.

NOTIFY,SIGNO,NOTIFY_PID都和mq_notify函数有关.

3)POSIX信号量

在Linux中,POSIX信号量对象驻留在tmpfs伪文件系统中,同POSIX共享内存一样,有名字的信号量作为文件被创建在/dev/shm里.

我们用下面的源程序来测试POSIX信号量,如下:

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/file.h>

#include <sys/times.h>

#include <sys/stat.h>

#include <semaphore.h>

#include <assert.h>

void busywait(void)

{

 clock_t t1 = times(NULL);

 while(times(NULL) - t1 < 2);

}

int main (int argc, char *argv[])

{

 const char *message = "Hello World\n";

 int n = strlen(message)/2;

 sem_t *sem = sem_open("/thesem", O_CREAT, S_IRUSR|S_IWUSR);

 sleep(30);

 assert(sem != NULL);

 int r = sem_init(sem, 1, 0);

 assert(r == 0);

 pid_t pid = fork();

 int i0 = (pid == 0) ? 0 :n ;

 int i;

 if (pid)

  sem_wait(sem);

 for (i = 0;i < n;i++){

  write (1,message+i0+i,1);

  busywait();

 }

 if (pid == 0)

  sem_post(sem);

}

编译:

gcc posix-sem.c -o posix-sem -lrt

执行posix-sem程序:

./posix-sem 

在另一个终端查看信号量文件,如下:

ls -l /dev/shm/

total 4

-rw------- 1 root root 16 Mar 18 10:32 sem.thesem

一个被命名为thesem的信号量出现在/dev/shm/sem.thesem