每种XSI IPC结构中都有一个非负整数作为标识符. 但该标识符仅为IPC对象内部使用,其对外与一个键(key)相连.

创建IPC结构时都需要指定一个键(key_t),该键由内核变换为IPC结构的标识符.

多个进程共享同一个IPC结构一般有如下几种方法:

• 某进程指定键为IPC_PRIVATE以创建一个新IPC结构,并将返回的标识符存放在数据库或文件中,以便其他进程取用.
• 定义一个多个进程间都认可的键,然后进程使用该键来生成或获取IPC结构.

• 通过函数`ftok'可以指定一个路径和一个id,并根据这个路径及id生成一个键值,多个进程间约定同一个路径和id以产生一个一致的IPC键,共享IPC结构.

  #include <sys/ipc.h>
  
  key_t fork(const char* path,int id);
  

  • 参数path必须是一个已存在的文件.
  • 产生键时,只使用 id参数的低8位
  • 如果参数id一致,即使不同的path参数也可能产生相同的键

XSI IPC为每个IPC结构都设置了一个ipc_perm结构, 该结构规定了权限和所有者. 它至少包括下列成员:

#include <sys/ipc.h>

struct ipc_perm{
  uid_t uid;                    /* 所有者的有效用户id */
  gid_t gid;                    /* 所有者的有效组id */
  uid_t cuid;                   /* 创建者的有效用户id */
  git_t cgid;                   /* 创建者的有效组id */
  mode_t mode;                  /* access mode */
  /* 其他成员 */
};

• mode成员类似文件的mode,但不存在执行权限.

IPC的缺点有:

• IPC结构是系统范围内都可访问,且即使读写的进程终止,消息与队列依然存在
• IPC没有被抽象为一个文件,因此无法用IO函数操作它,也因此新增了十几条系统调用(msgget,semop,shmat等)
• 由于IPC不使用文件描述符,因此无法对他们使用多路转接IO函数(select和poll). 这就难于一次使用多个IPC结构,以及在文件或设备IO中使用IPC结构.

IPC的优点有:

• 可靠,因为这些IPC被限制在只能单机使用
• 流是受控的,即当系统资源短缺(缓冲区满了),或接收进程能再接收更多消息,则发送进程会休眠. 当流控制条件消失,发送进程自动被唤醒
• 面向记录
• 可以用非先进先出方式处理.

msgget用于创建一个新队列或打开一个现存的队列.

#include <sys/msg.h>

/* 成功则返回消息队列的ID,出错则返回-1 */
int msgget(key_t key,int flag);

每个消息队列都有一个msgid_ds结构体与之关联,用于说明队列的当前状态

struct msqid_ds{
  struct ipc_perm msg_perm;     /* ipc的权限说明 */
  msgqnum_t msg_qnum;           /* 队列中的消息个数 */
  msglen_t msg_qbytes;          /* 队列中能存储的消息最大容量 */
  pid_t msg_lspid;              /* 最后一次在该队列上调用msgsnd()的进程id */
  pid_t msg_lrpid;              /* 最后一次在该队列上调用msgrcv()的进程id */
  time_t msg_stime;             /* 最后一次在该队列上调用msgsnd()的时间 */
  time_t msg_rtime;             /* 最后一次在该队列上调用msgrcv()的时间 */
  time_t msg_ctime;             /* 最后一次在该队列发生变化的事件 */
  /* 其他结构成员 */
}

msgctl函数对消息队列执行队中操作

#include <sys/msg.h>

int msgctl(int queueid,int cmd,struct msgid_ds* buf);

其中cmd参数说明了对queueid指定的队列要执行的命令:

• IPC_SET

  按buf结构中的值,设置与消息队列msqid_ds结构中的下列四个字段:

  • msg_perm.uid
  • msg_perm.gid
  • msg_perm.mode
  • msg_qbytes

  执行该命令的进程,其有效用户ID必须等于msg_perm.cuid或msg_perm.uid或超级用户.

  只有超级用户才能增加msg_qbyes的值

• IPC_RMID

  删除消息队列中的所有消息.

  执行该命令的进程,其有效用户ID必须等于msg_perm.cuid或msg_perm.uid或超级用户.

• IPC_STAT

  取此消息队列的msgid_ds结构,并放在buf所指向的结构中

  #include <sys/msg.h>
  #include <sys/ipc.h>
  
  void show_queue_ds(const struct msqid_ds* queue_ds)
  {
    printf("msg_qnum=%d\n",queue_ds->msg_qnum);
    printf("msg_qbytes=%d\n",queue_ds->msg_qbytes);
    printf("msg_lspid=%d\n",queue_ds->msg_lspid);
    printf("msg_lrpid=%d\n",queue_ds->msg_lrpid);
  
  }
  int main(int argc, char *argv[])
  {
    int queueid = msgget(IPC_PRIVATE,IPC_CREAT);
    struct msqid_ds queue_ds;
    msgctl(queueid,IPC_STAT,&queue_ds);
    show_queue_ds(&queue_ds);
    return 0;
  }
  
  

  msg_qnum=1630404681 msg_qbytes=1627419888 msg_lspid=1628099819 msg_lrpid=192

msgsnd将新消息添加到队列尾端.

#include <sys/msg.h>

/* 参数flag可以为0或IPC_NOWAIT. */
int msgsnd(int msqid,const msgbuf* ptr,size_t nbytes,int flag);

struct msgbuf
{
  long mtype;                   /* 消息类型 */
  char mtext[TEXTSIZE];                /* 信息数据,TEXTSIZE需要比msgsnd中的参数nbytes大 */
}

默认情况下,若消息队列已满,msgsnd函数会阻塞直到有空间要发送,或该队列被删除(返回EIDRM),或捕捉到一个信号,从信号捕捉函数返回(返回EINTR) 但若参数flag设置为IPC_NOWAIT,则msgsnd会立即出错返回EAGAIN.

msgrcv用于从队列中取消息.

#include <sys/msg.h>

/* 成功返回消息的数据部分的长度,出错返回-1 */
ssize_t msgrcv(int msqid,msgbuf* ptr,size_t nbytes,log type,int flag);

参数type指明了我们想获得哪种类型的消息

参数flag控制了msgrcv的行为

#include <sys/sem.h>

int semget(key_t key,int sem_num,int flag);

• 若创建新信号量集合,则参数sem_num表示该信号量集合中包含了多少个信号量(编号从0到max_num-1)
• 若获取一个现存的信号量,则将sem_num设置为0

• semctl函数

  #include <sys/sem.h>
  
  /* 返回值的意义根据cmd的不同而不同 */
  int semctl(int semid,int semnum,int cmd);
  int semctl(int semid,int semnum,int cmd,union semun arg);
  
  union semnum{
    int val;                      /* cmd为SETVAL时 */
    struct semid_ds* buf;         /* cmd为IPC_STAT或IPC_SET时 */
    unsigned short* array;        /* cmd为GETALL或SETALL时 */
  };
  
  struct semid_ds
  {
    struct ipc_perm sem_perm;   /* ipc权限 */
    unsigned short sem_nsems;   /* 信号量集合中信号量的个数 */
    time_t sem_otime;           /* 最后执行semop()的时间 */
    time_t sem_ctime;           /* 最后改变semid_ds结构体的时间 */
    /* 其他成员 */
  };
  

  cmd参数说明

  IPC_STAT	取当前信号量集合的semid_ds结构,存放在arg.buf中
  IPC_SET	根据arg.buf中的值,更新该信号量集合的sem_perm.uid,sem_perm.gid或sem_perm.mode. 执行该函数的进程其有效用户ID必须为sem_perm.cuid/sem_perm.uid或超级用户权限
  IPC_RMID	立即删除该信号量集合.执行该函数的进程其有效用户ID必须为sem_perm.cuid/sem_perm.uid或超级用户权限
  GETVAL	返回信号量集合中第semnum个信号量的值
  SETVAL	设置信号集合中第semnum个信号量的值,该值由arg.val指定
  GETPID	返回上次操作信号量的进程PID
  GETNCNT	返回信号量集合中第semnum个信号量的semncnt的值
  GETZCNT	返回信号量集合中第semnum个信号量的semzcnt的值
  GETALL	获取信号量集合中所有信号量的值,并将它们存放在arg.array中
  SETALL	根据arg.array中的值设置信号量集合中所有信号量的值

• semop函数 semop提供了操作信号量集合上各信号量值的原子操作

  #include <sys/sem.h>
  
  /* 成功返回0,失败返回-1 */
  int semop(int semid,struct sembuf semop_array[],size_t npos);
  
  struct sembuf
  {
    unsigned short sem_num;       /* 指明操作的是信号量集合中的第几个信号量 */
    short sem_op;                 /* 是何种操作,可以为负数,0或正数 */
    short sem_flg;                /* IPC_NOWAIT,SEM_UNDO */
  };
  

• 参数npos指明了只按照semop_array中操作的数量.

• sem_op的值说明:

  sem_op的值	说明
  >0	表示资源要释放资源. 增加信号量sem_op的值
  <0	表示进程要占用资源. 减少信号量值, 若信号量不够减,则操作被阻塞
  0	表示进程等待信号量变为0. 不为0则该操作被阻塞

• sem_flg的值说明

  sem_flg的值	说明
  IPC_NOWAIT	不阻塞,若操作无法完成,则直接返回EAGAIN
  SEM_UNDO	修改进程的 信号量调整值. 进程在退出时,内核会根据该调整值释放资源. 推荐使用

#include <sys/shm.h>

/* 成功返回共享存储ID,出错返回-1 */
int shmget(key_t key,size_t size,int flag);

• 若创建的共享存储,则参数size指明了共享存储的大小,通常需要我诶系统页长的整数倍, 否则最后一页的余下部分是不可用的
• 若获取原共享存储,则参数设置为0
• 创建新的共享存储后,会自动初始化存储内容为0

#include <sys/shm.h>

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

cmd参数说明:

• attach共享内存

  #include <sys/shm.h>
  
  /* 成功则返回指向共享存储的指针,出错返回-1 */
  void* shmat(int shmid,const void* addr,int flag);
  

  • 若addr==0,则该共享存储连接到内核选择的第一个可用地址上 推荐使用
  • addr非0,flag没有指定SHM_RND,则该共享存储连接到addr指定的地址上.
  • addr为0,flag指定了SHM_RND,则会该addr取整处理,再将该共享内存挂到取整后的地址上
  • flag指定了SHM_RDONLY则表示以只读方式挂载共享内存,默认为读写方式.

• detach共享内存 进程对共享存储段的操作结束后,调用shmdt脱节该段. 若成功,则shmdt会将shmid_ds结构体重的shm_nattach计数器减少1

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