前言
1.消息队列
概念:
消息队列是System V IPC对象的一种
1.1消息队列的使用:
1.1.1发送端:
1 申请Key-- key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
函数ftok把一个已存在的路径名和一个整数标识符转换成一个key_t值,称为IPC键值(也称IPC key键值)
2打开/创建消息队列 msgget
3向消息队列发送消息 msgsnd
1.1.2接收端:
1打开/创建消息队列 msgget
2从消息队列接收消息 msgrcv
3 控制(删除)消息队列 msgctl
1.1.3打开/创建消息队列
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
int msgget(key_t key, int msgflg);
成功时返回消息队列的id,失败时返回EOF
key 和消息队列关联的key IPC_PRIVATE 或 ftok
msgflg 标志位 IPC_CREAT|0666 IPC_CREAT:没有创建,有则打开。
1.1.4发送消息
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
int msgsnd(int msgid, const void *msgp, size_t size, int msgflg);
成功时返回0,失败时返回-1
msgid 消息队列id
msgp 消息缓冲区地址
size 消息正文长度
msgflg 标志位 0 或 IPC_NOWAIT
msgflg:
0:当消息队列满时,msgsnd将会阻塞,直到消息能写进消息队列
IPC_NOWAIT:当消息队列已满的时候,msgsnd函数不等待立即返回
消息格式:
typedef struct{
long msg_type;
char buf[128];
}msgT;
注意:
1 消息结构必须有long类型的msg_type字段,表示消息的类型。
2消息长度不包括首类型 long
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <string.h>
typedef struct{
long msg_type;
char buf[128];
}msgT;
#define MSGLEN (sizeof(msgT)-sizeof(long))
int main(){
key_t key;
int msgid;
int ret;
msgT msg;
key = ftok(".",100);
if(key<0){
perror("ftok");
return 0;
}
msgid = msgget(key,IPC_CREAT|0666);
if(msgid<0){
perror("msgget");
return 0;
}
msg.msg_type = 1;
strcpy(msg.buf,"this msg type 1");
ret = msgsnd(msgid,&msg,MSGLEN,0);
if(ret<0){
perror("msgsnd");
return 0;
}
msg.msg_type = 2;
strcpy(msg.buf,"this msg type 2");
ret = msgsnd(msgid,&msg,MSGLEN,0);
if(ret<0){
perror("msgsnd");
return 0;
}
msg.msg_type = 3;
strcpy(msg.buf,"this msg type 3");
ret = msgsnd(msgid,&msg,MSGLEN,0);
if(ret<0){
perror("msgsnd");
return 0;
}
msg.msg_type = 4;
strcpy(msg.buf,"this msg type 4");
ret = msgsnd(msgid,&msg,MSGLEN,0);
if(ret<0){
perror("msgsnd");
return 0;
}
msg.msg_type = 5;
strcpy(msg.buf,"this msg type 5");
ret = msgsnd(msgid,&msg,MSGLEN,0);
if(ret<0){
perror("msgsnd");
return 0;
}
}
1.1.5消息的接收:
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
int msgrcv(int msgid, void *msgp, size_t size, long msgtype, int msgflg);
成功时返回收到的消息长度,失败时返回-1
msgid 消息队列id
msgp 消息缓冲区地址
size 指定接收的消息长度
msgtype 指定接收的消息类型
msgflg 标志位
msgtype:
msgtype=0:收到的第一条消息,任意类型。
msgtype>0:收到的第一条 msg_type类型的消息。
msgtype<0:接收类型等于或者小于msgtype绝对值的第一个消息。
例子:如果msgtype=-4,只接受类型是1、2、3、4的消息
msgflg:
0:阻塞式接收消息
IPC_NOWAIT:如果没有返回条件的消息调用立即返回,此时错误码为ENOMSG
MSG_EXCEPT:与msgtype配合使用返回队列中第一个类型不为msgtype的消息
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <string.h>
typedef struct{
long msg_type;
char buf[128];
}msgT;
#define MSGLEN (sizeof(msgT)-sizeof(long))
int main(){
int msgid;
key_t key;
msgT msg;
int ret;
key = ftok(".",100);
if(key<0){
perror("ftok");
return 0;
}
msgid = msgget(key,IPC_CREAT|0666);
if(msgid<0){
perror("msgget");
return 0;
}
int count=0;
while(1){
ret = msgrcv(msgid,&msg,MSGLEN,0,0);
if(ret<0){
perror("msgrcv");
return 0;
}
count++;
if(count>3){
break;
}
printf("receiv msg type=%d,buf=%s\n",(int)msg.msg_type,msg.buf);
}
ret = msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL);
if(ret<0){
perror("msgctl");
return 0;
}
}
1.1.6消息队列的控制
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
int msgctl(int msgid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
成功时返回0,失败时返回-1
msgid 消息队列id
cmd 要执行的操作 IPC_STAT / IPC_SET / IPC_RMID(删除)
buf 存放消息队列属性的地址
2.信号灯/信号量(semaphore)
概念:是不同进程间或一个给定进程内部不同线程间同步的机制。类似我们的PV操作
2.1PV操作概念:
p操作v操作(申请资源,释放资源)
生产者和消费者场景
P(S) 含义如下:
if (信号量的值大于0) {
申请资源的任务继续运行;
信号量的值减一;
} else {
申请资源的任务阻塞;
}
V(S) 含义如下:
信号量的值加一;
if (有任务在等待资源) {
唤醒等待的任务,让其继续运行
}
2.2 三种信号灯:
Posix 有名信号灯
Posix 无名信号灯 (linux只支持线程同步)
System V 信号灯
Posix 有名信号灯和无名信号灯使用:
2.2.1有名信号灯打开:
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag);
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag,mode_t mode, unsigned int value);
参数:
name:name是给信号灯起的名字
oflag:打开方式,常用O_CREAT
mode:文件权限。常用0666
value:信号量值。二元信号灯值为1,普通表示资源数目
信号灯文件位置:/dev/shm
有名信号灯关闭
int sem_close(sem_t *sem);
有名信号灯的删除
int sem_unlink(const char* name);
2.2.2无名信号灯初始化
int sem_init(sem_t *sem, int shared, unsigned int value);
参数:
sem:需要初始化的信号灯变量
shared: shared指定为0,表示信号量只能由初始化这个信号量的进程使用,不能在进程间使用,linux 不支持进程间同步。
Value:信号量的值
无名信号灯销毁
int sem_destroy(sem_t* sem);
2.2.3信号灯P操作
int sem_wait(sem_t *sem);
获取资源,如果信号量为0,表示这时没有相应资源空闲,那么调用线程就将挂起,直到有空闲资源可以获取
2.2.4信号灯V操作
int sem_post(sem_t *sem);
释放资源,如果没有线程阻塞在该sem上,表示没有线程等待该资源,这时该函数就对信号量的值进行增1操作,表示同类资源多增加了一个。如果至少有一个线程阻塞在该sem上,表示有线程等待资源,信号量为0,这时该函数保持信号量为0不变,并使某个阻塞在该sem上的线程从sem_wait函数中返回
注意:编译posix信号灯需要加pthread动态库。
1.有名信号灯代码案例
//********************************写**********************************//
#include <fcntl.h> /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h> /* For mode constants */
#include <semaphore.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <signal.h>
void handler(){
sem_unlink("mysem_w");
exit(0);
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
sem_t *sem_w,*sem_r;
key_t key;
int shmid;
char*shmaddr;
struct sigaction act;
act.sa_handler = handler;
act.sa_flags = 0;
sigemptyset(&act.sa_mask);
sigaction(SIGINT,&act,NULL);
key = ftok(".",100);
if(key < 0){
perror("ftok: ");
return 0;
}
//申请共享内存
shmid = shmget(key,500,0666|IPC_CREAT);
if(shmid < 0){
perror("shmid: ");
return 0;
}
//映射共享内存
shmaddr = shmat(shmid,NULL,0);
sem_r = sem_open("mysem_r",O_CREAT|O_RDWR,0666,0);
sem_w = sem_open("mysem_w",O_CREAT|O_RDWR,0666,1);
while(1){
sem_wait(sem_w);
printf(">");
fgets(shmaddr,500,stdin);
sem_post(sem_r);
}
return 0;
}
//********************************读**********************************//
#include <fcntl.h> /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h> /* For mode constants */
#include <semaphore.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <signal.h>
void handler(){
sem_unlink("mysem_r");
exit(0);
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
sem_t *sem_w,*sem_r;
key_t key;
int shmid;
char*shmaddr;
struct sigaction act;
act.sa_handler = handler;
act.sa_flags = 0;
sigemptyset(&act.sa_mask);
sigaction(SIGINT,&act,NULL);
key = ftok(".",100);
if(key < 0){
perror("ftok: ");
return 0;
}
//申请共享内存
shmid = shmget(key,500,0666|IPC_CREAT);
if(shmid < 0){
perror("shmid: ");
return 0;
}
//映射共享内存
shmaddr = shmat(shmid,NULL,0);
sem_r = sem_open("mysem_r",O_CREAT|O_RDWR,0666,0);
sem_w = sem_open("mysem_w",O_CREAT|O_RDWR,0666,1);
while(1){
//申请读资源
sem_wait(sem_r);
printf("%s\n",shmaddr);
//释放写资源
sem_post(sem_w);
}
return 0;
}
2.无名信号灯代码案例(线程同步)
#include <fcntl.h> /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h> /* For mode constants */
#include <semaphore.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <signal.h>
sem_t sem_w,sem_r;
char*shmaddr;
void handler(){
sem_unlink("mysem_w");
exit(0);
}
void* readmem(void* arg){
while(1){
sem_wait(&sem_r);
printf("%s\n",shmaddr);
sem_post(&sem_w);
}
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
key_t key;
int shmid;
struct sigaction act;
act.sa_handler = handler;
act.sa_flags = 0;
sigemptyset(&act.sa_mask);
sigaction(SIGINT,&act,NULL);
key = ftok(".",100);
if(key < 0){
perror("ftok: ");
return 0;
}
//申请共享内存
shmid = shmget(key,500,0666|IPC_CREAT);
if(shmid < 0){
perror("shmid: ");
return 0;
}
//映射共享内存
shmaddr = shmat(shmid,NULL,0);
//无名信号量初始化
sem_init(&sem_r,0,0);
sem_init(&sem_w,0,1);
//创建线程
pthread_t pid;
pthread_create(&pid,NULL,readmem,NULL);
while(1){
sem_wait(&sem_w);
printf(">");
fgets(shmaddr,500,stdin);
sem_post(&sem_r);
}
return 0;
}
2.3 System V 信号灯使用:
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
功能:创建/打开信号灯
参数:key:ftok产生的key值(和信号灯关联的key值)
nsems:信号灯集中包含的信号灯数目
semflg:信号灯集的访问权限,通常为IPC_CREAT |0666
返回值:成功:信号灯集ID ; 失败:-1
int semop ( int semid, struct sembuf *opsptr, size_t nops);
功能:对信号灯集合中的信号量进行P - V操作
参数:semid:信号灯集ID
struct sembuf {
short sem_num; // 要操作的信号灯的编号
short sem_op; // 1 : 释放资源,V操作
// -1 : 分配资源,P操作
short sem_flg; // 0(阻塞),IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
};//对某一个信号灯的操作,如果同时对多个操作,则需要定义这种结构体数组
nops: 要操作的信号灯的个数 ,1个
返回值:成功 :0 ; 失败:-1
int semctl ( int semid, int semnum, int cmd…/*union semun arg*/);
功能:信号灯集合的控制(初始化/删除)
参数:semid:信号灯集ID
semnum: 要操作的集合中的信号灯编号
cmd:
GETVAL:获取信号灯的值,返回值是获得值
SETVAL:设置信号灯的值,需要用到第四个参数:共用体
IPC_RMID:从系统中删除信号灯集合
返回值:成功 0 ; 失败 -1
功能: 主进程键盘输入,子进程打印
#include <semaphore.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/sem.h>
#define SEM_READ 0
#define SEM_WRITE 1
union semun {
int val;
};
//P操作
void Poperation(int semid,int semindex){
struct sembuf sbuf;
sbuf.sem_num = semindex;
sbuf.sem_op = -1;
sbuf.sem_flg = 0;
semop(semid,&sbuf,1);
}
//V操作
void Voperation(int semid,int semindex){
struct sembuf sbuf;
sbuf.sem_num = semindex;
sbuf.sem_op = 1;
sbuf.sem_flg = 0;
semop(semid,&sbuf,1);
}
int main(){
key_t key;
char *shmaddr;
int semid,shmid;
key = ftok(".",100);
if(key<0){
perror("ftok");
return 0;
}
//信号灯创建
semid = semget(key,2,IPC_CREAT |0666);
if(semid<0){
perror("semget");
return 0;
}
//创建共享内存,返回其id
shmid = shmget(key,500,IPC_CREAT |0666);
//映射共享内存,返回其地址
shmaddr = shmat(shmid,NULL,0);
//信号灯初始化
union semun mysem;
mysem.val = 0;
semctl(semid,SEM_READ,SETVAL,mysem);
mysem.val = 1;
semctl(semid,SEM_WRITE,SETVAL,mysem);
//创建子进程
pid_t pid;
pid = fork();
if(pid<0){
perror("fork");
shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);//共享内存删掉
semctl(semid,0,IPC_RMID);//信号灯删掉
exit(-1);
}else if(pid == 0){
while(1){
Poperation(semid,SEM_READ);
printf("%s\n",shmaddr);
Voperation(semid,SEM_WRITE);
}
}else{
while(1){
Poperation(semid,SEM_WRITE);
printf(">");
fgets(shmaddr,32,stdin);
Voperation(semid,SEM_READ);
}
}
}