IPC对象、消息队列 、共享内存

news/2024/7/21 6:53:31 标签: linux, vim, 进程间通信, 消息队列

我要成为嵌入式高手之3月4日Linux高编第十四天！！

消息队列、共享内存、信号灯：

一、IPC对象

内存文件，如何查看？

1、ipcs：

        查看系统中的IP对象的消息队列、共享内存、信号灯信息

2、ipcrm：

        功能：删除消息队列或者共享内存或者信号灯

        ipcrm  -Q/-M/-S  key（ipc对象的名字）

        ipcrm  -q/-m/-s  消息队列的id/共享内存的id/信号灯的id

二、消息队列相关的函数接口

消息队列的操作流程：

        创建消息队列->发送消息->接收消息

1、ftok

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>

key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

功能：根据pathname和porject id生成一个key_t类型的key值，可以用来创建消息队列、共享内存、信号灯

参数：

        pathname：文件路径

        proj_id：8位非0值

返回值：

        成功返回key_t类型的IPC对象的key值

        失败返回-1；

2、msgget

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgget(key_t key, int msgflg);

功能：根据key值对应的IPC对象创建一个消息队列

参数：

        key：IPC对象的名字

        msgflg： IPC_CREAT        对象不存在创建

                       IPC_EXCL           对象存在报错

                       IPC_CREAT || 0664加权限

返回值：

        成功返回消息队列ID，失败返回-1；

3、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：向消息队列中发送消息

参数：

        msqid：消息队列的id号

        msgp：发送消息空间的首地址

         struct msgbuf {
               long mtype;       /* message type, must be > 0 */（消息的类型）
               char mtext[1];    /* message data */（消息的内容）
           };

        msgz：发送消息内容的大小（不包含发送消息类型）

        msgflg：属性，默认为0；

返回值：

        成功返回0；失败返回-1

4、msgrcv

ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);

功能：从消息队列中接收消息

参数：

        msqid：消息队列的id号

        msgp：存放接收到消息空间的首地址

         struct msgbuf {
               long mtype;       /* message type, must be > 0 */（消息的类型）
               char mtext[1];    /* message data */（消息的内容）
           };

        msgsz：最多接收消息空间的大小

        msgtyp：相要接收消息的类型

        msgflg：属性，默认填0

返回值：

        成功返回实际接受的字节数，失败返回-1；

5、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：向消息队列发送一条cmd命令

参数：

        msgqid：消息队列的id号

        cmd：命令：IPC_RMID 删除消息队列

         buf：默认传NULL

返回值：成功返回0，失败返回-1；

练习：

        编写两个进程任务（read.c   send.c）,send.c从终端接收一个字符串利用消息队列发送给recv.c，recv.c从消息队列中接收消息并打印在终端

send.c

#include "head.h"

struct msgbuf
{
    long mtype;
    char mtext[256];
};

int main(void)
{
    key_t key;
    int msgid = 0;
    int ret = 0;
    ssize_t nret = 0;
    struct msgbuf sendmsg;
    char s[256] = {0};

    key = ftok(".", 's');//第二个参数是个8位非零值
    if (-1 == key)
    {
        perror("fail to ftoksend");
        return -1;
    }
    
    msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0664);//向key对应的IPC对象创建一个消息队列
    if (-1 == msgid)
    {
        perror("fail to msgget");
        return -1;
    }
    while (1)
    {
        memset(&sendmsg, 0, sizeof(sendmsg));
        sendmsg.mtype = 100;//设定要发送的消息的类型
        fgets(sendmsg.mtext, sizeof(sendmsg.mtext), stdin);
        //strcpy(sendmsg.mtext, s);

        ret = msgsnd(msgid, &sendmsg, sizeof(struct msgbuf)-sizeof(long), 0);
        if (ret == -1)
        {
            perror("fail to msgsnd");
            return -1;
        }

        if (!strcmp(sendmsg.mtext, ".quit\n"))
        {
            break;
        }
    }

    msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}

recv.c

#include "head.h"

struct msgbuf
{
    long mtype;
    char mtext[256];
};

int main(void)
{
    key_t key;
    int msgid = 0;
    int ret = 0;
    ssize_t nret = 0;
    struct msgbuf recvmsg;
    char s[256] = {0};

    key = ftok(".", 's');//第二个参数是个8位非零值
    if (-1 == key)
    {
        perror("fail to ftoksend");
        return -1;
    }
    
    msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0664);//向key对应的IPC对象创建一个消息队列
    if (-1 == msgid)
    {
        perror("fail to msgget");
        return -1;
    }
    while (1)
    {
        memset(&recvmsg, 0, sizeof(recvmsg));

        nret = msgrcv(msgid, &recvmsg, sizeof(struct msgbuf)-sizeof(long), 100, 0);
        if (ret == -1)
        {
            perror("fail to msgrecv");
            return -1;
        }

        if (!strcmp(recvmsg.mtext, ".quit\n"))
        {
            break;
        }
        printf("RECV: %s", recvmsg.mtext);
    }

    msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}

三、共享内存

进程间通信最高效的形式

1、操作方式

       创建共享内存 -> 让两个进程映射到共享内存中 -> 对共享内存做操作 -> 解除映射 -> 删除共享内存

2、函数接口

        1）ftok

        2）shmget

               #include <sys/ipc.h>
               #include <sys/shm.h>

               int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

                功能：创建一个共享内存

                参数：

                        key：IPC对象的名称

                        size：共享内存的大小

                        shmflg：

                                IPC_CREAT

                                IPC_EXCL

                返回值：成功0，失败-1；

        3）shmat   

               #include <sys/types.h>
               #include <sys/shm.h>

               void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

                功能：将一个地址映射到共享内存中

                参数：

                        shmid：共享内存ID号

                        shmaddr：NULL让系统选择一个合适的地址映射

                                          不为NULL: shmflg设定为SHM_RND选择离给定的地址最近的能够
                                          映射的地址进行映射，否则传递地址为4k的整数倍

                        shmflg：标志位，0

                返回值：成功返回映射空间的地址，失败返回NULL

        4）shmdt

                int shmdt(const void *shmaddr);

                功能：解除映射

                参数：shmaddr映射的地址

                返回值：成功0，失败-1
        

        5）shmctl

               #include <sys/ipc.h>
               #include <sys/shm.h>

               int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

                功能：向共享内存发送命令

                参数：

                        shmid：共享内存ID号

                        cmd：IPC_RMID删除共享内存

                        buf：NULL

                返回值：成功返回0，失败返回-1

练习：

        编写两个进程任务，write.c负责从终端接收字符串写入共享内存中，read.c负责将共享内存中的数据打印在终端

write.c

#include "head.h"

int main(void)
{
    key_t key;
    int shmid = 0;
    char *p = NULL;

    key = ftok(".", 'a');
    if (key == -1)
    {
        perror("fail to ftokshm");
        return -1;
    }

    shmid = shmget(key, 4096, IPC_CREAT | 0664);//第二个参数为共享内存空间大小
    if (shmid == -1)
    {
        perror("fail to shmget");
        return -1;
    }

    p = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
    if (NULL == p)
    {
        perror("fail to shmat");
        return -1;
    }

    while(1)
    {
        gets(p);
        if (!strcmp(p, ".quit"))
        {
            break;
        }
    }
    
    shmdt(p);
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}

read.c

#include "head.h"

int main(void)
{
    key_t key;
    int shmid = 0;
    char *p = NULL;
    int cnt = 0;

    key = ftok(".", 'a');
    if (key == -1)
    {
        perror("fail to ftokshm");
        return -1;
    }

    shmid = shmget(key, 4096, IPC_CREAT | 0664);//第二个参数为共享内存空间大小
    if (shmid == -1)
    {
        perror("fail to shmget");
        return -1;
    }

    p = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
    if (NULL == p)
    {
        perror("fail to shmat");
        return -1;
    }

    while(1)
    {
        printf("SHM: %s\n", p);
        if (!strcmp(p, ".quit"))
        {
            break;
        }
    }
    
    shmdt(p);
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}


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