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一、管道
二、FIFO
三、消息队列
四、共享内存
五、信号
六、信号量
七、进程间通信方式总结：
进程间通信（IPC，InterProcess Communication）是指在不同进程之间传播或交换信息
IPC的方式通常有管道（包括无名管道和命名管道）、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC
一、管道
管道，通常指无名管道，是 UNIX 系统IPC最古老的形式。
1、特点：
- 它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端。
- 它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）。
- 它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。
2、原型：
1 #include <unistd.h>
2 int pipe(int fd[2]); // 返回值：若成功返回0，失败返回-1当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符：fd[0]为读而打开，fd[1]为写而打开。
要关闭管道只需将这两个文件描述符关闭即可
3、例子
单个进程中的管道几乎没有任何用处。所以，通常调用 pipe 的进程接着调用 fork，这样就创建了父进程与子进程之间的 IPC 通道。
若要数据流从父进程流向子进程，则关闭父进程的读端（fd[0]）与子进程的写端（fd[1]）；反之，则可以使数据流从子进程流向父进程。
#include<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include<string.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int pid;
int fd[2]; //两个文件描述符
char buf[20];
if(pipe(fd) == -1){ //创建管道
printf("creat pipe faild\n");
}
pid = fork();
if((pid<0))
{
printf("creat child failed!\n");
}
else if(pid > 0){ //父进程
sleep(3);
printf("this is father\n");
close(fd[0]); //关闭读端
// ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
write(fd[1],"hello world\n",12);
wait();
}
else{ //子进程
printf("this is child\n");
close(fd[1]); //关闭写端
// ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
read(fd[0],buf,20);
printf("read form father: %s\n",buf);
exit(0);
}
return 0;
}二、FIFO
FIFO，也称为命名管道，它是一种文件类型。
1、特点
- FIFO可以在无关的进程之间交换数据，与无名管道不同。
- FIFO有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。
2、原型
#include <sys/stat.h>
// 返回值：成功返回0，出错返回-1
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);其中的 mode 参数与open函数中的 mode 相同。一旦创建了一个 FIFO，就可以用一般的文件I/O函数操作它。
当 open 一个FIFO时，是否设置非阻塞标志（O_NONBLOCK）的区别：
- 若没有指定O_NONBLOCK（默认），只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO。类似的，只写 open
要阻塞到某个其他进程为读而打开它。 - 若指定了O_NONBLOCK，则只读 open 立即返回。而只写 open 将出错返回 -1 如果没有进程已经为读而打开该
FIFO，其errno置ENXIO。
3、例子
FIFO的通信方式类似于在进程中使用文件来传输数据，只不过FIFO类型文件同时具有管道的特性。在数据读出时，FIFO管道中同时清除数据，并且“先进先出”。下面的例子演示了使用 FIFO 进行 IPC 的过程：
write.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include<stdio.h>
#include<errno.h>
#include <fcntl.h>
#include<string.h>
// int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
int main()
{
int cnt = 0;
int n_write = 0;
char *str = "message form fifo"; //写入的内容
int fd = open("./file",O_WRONLY); //以写打开一个文件
printf(" write open success\n");
while(1){
n_write = write(fd,str,strlen(str)); //循环写入文件中
printf("write %d type,contxt:%s\n",n_write,str); //打印写入的字节数和内容
sleep(1); //睡眠一秒
if(cnt == 5){ //循环五次
break;
}
cnt++;
}
close(fd); //关闭文件
return 0;
}read.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include<stdio.h>
#include<errno.h>
#include <fcntl.h>
// int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
int main()
{
int cnt = 0;
char buf[30] = {0};
int n_read = 0;
if( (mkfifo("./file",0600) == -1) && errno != EEXIST) //创建file管道
{
printf("mkfifo failed\n");
perror("why");
}
int fd = open("./file",O_RDONLY); //以读打开file
printf("open success\n");
while(1){
n_read = read(fd,buf,30); //读取file管道
printf("read %d byte form fifo context:%s\n",n_read,buf); //打印读取到的字节数和内容
if(cnt == 5){ //循环五次
break;
}
cnt++;
}
close(fd);//关闭文件
return 0;
}在两个终端里用 gcc 分别编译运行上面两个文件，可以看到输出结果如下：
上述例子可以扩展成 客户进程—服务器进程 通信的实例，write_fifo的作用类似于客户端，可以打开多个客户端向一个服务器发送请求信息，read_fifo类似于服务器，它适时监控着FIFO的读端，当有数据时，读出并进行处理，但是有一个关键的问题是，每一个客户端必须预先知道服务器提供的FIFO接口，下图显示了这种安排：
三、消息队列
消息队列，是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标识。
1、特点
- 消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。
- 消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除。
- 消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。
2、原型
#include <sys/msg.h>
// 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1
int msgget(key_t key, int flag);
// 添加消息：成功返回0，失败返回-1
int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);
// 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1
int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);
// 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);在以下两种情况下，msgget将创建一个新的消息队列：
- 如果没有与键值key相对应的消息队列，并且flag中包含了IPC_CREAT标志位。
- key参数为IPC_PRIVATE。
函数msgrcv在读取消息队列时，type参数有下面几种情况：
- type == 0，返回队列中的第一个消息；
- type > 0，返回队列中消息类型为 type 的第一个消息；
- type < 0，返回队列中消息类型值小于或等于 type 绝对值的消息，如果有多个，则取类型值最小的消息。
可以看出，type值非 0 时用于以非先进先出次序读消息。也可以把 type 看做优先级的权值。（其他的参数解释，请自行Google之）
3、例子
ftok函数获取键值，ftok是系统IPC键值的格式转换函数，系统建立IPC通讯 （消息队列、信号量和共享内存） 时必须指定一个ID值。通常情况下，该id值通过ftok函数得到。
原型
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
key_t ftok( const char * fname, int id )fname就是你指定的文件名（已经存在的文件名），一般使用当前目录，如：
key_t key;
key = ftok(".", 1); 这样就是将fname设为当前目录。
id是子序号。虽然是int类型，但是只使用8bits(1-255）。
在一般的UNIX实现中，是将文件的索引节点号取出，前面加上子序号得到key_t的返回值。
如指定文件的索引节点号为65538，换算成16进制为0x010002，而你指定的ID值为38，换算成16进制为0x26，则最后的key_t返回值为0x26010002。
查询文件索引节点号的方法是： ls -i
当删除重建文件后，索引节点号由操作系统根据当时文件系统的使用情况分配，因此与原来不同，所以得到的索引节点号也不同。
如果要确保key_t值不变，要么确保ftok的文件不被删除，要么不用ftok，指定一个固定的key_t值，
下面写了一个简单的使用消息队列进行IPC的例子，服务端程序一直在等待特定类型的消息，当收到该类型的消息以后，发送另一种特定类型的消息作为反馈，客户端读取该反馈并打印出来。
msgGet.c
#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
// int msgget(key_t key, int msgflg);
//int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
// ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
struct msgbuf {
long mtype; /* message type, must be > 0 */
char mtext[128]; /* message data */
};
int main()
{
// huoqu
struct msgbuf readbuf;
key_t key;
key = ftok(".",'z');
printf("key = %x\n",key);
int msgId=msgget(key,IPC_CREAT|0777);
if(msgId == -1)
{
printf("get que failed\n");
}
msgrcv(msgId,&readbuf,sizeof(readbuf.mtext),888,0);
printf("read from que:%s\n",readbuf.mtext);
msgctl(msgId,IPC_RMID,NULL);
return 0;
}msgSend.c
#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include<string.h>
// int msgget(key_t key, int msgflg);
//int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
// ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
struct msgbuf {
long mtype; /* message type, must be > 0 */
char mtext[128]; /* message data */
};
int main()
{
// huoqu
key_t key;
key = ftok(".",'z');
printf("key = %x\n",key);
int msgId=msgget(key,IPC_CREAT|0777);
struct msgbuf sndbuf = {888,"this is message from que"};
//int msgId=msgget(0x1234,IPC_CREAT|0777);
if(msgId == -1)
{
printf("get que failed\n");
}
msgsnd(msgId,&sndbuf,strlen(sndbuf.mtext),0);
printf("send over\n");
msgctl(msgId,IPC_RMID,NULL);
return 0;
}在两个终端里用 gcc 分别编译运行上面两个文件，可以看到输出结果如下：
四、共享内存
共享内存（Shared Memory），指两个或多个进程共享一个给定的存储区。
1、特点
- 共享内存是最快的一种 IPC，因为进程是直接对内存进行存取。
- 因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步。
- 信号量+共享内存通常结合在一起使用，信号量用来同步对共享内存的访问。
2、原型
#include <sys/shm.h>
// 创建或获取一个共享内存：成功返回共享内存ID，失败返回-1
int shmget(key_t key, size_t size, int flag);
// 连接共享内存到当前进程的地址空间：成功返回指向共享内存的指针，失败返回-1
void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);
// 断开与共享内存的连接：成功返回0，失败返回-1
int shmdt(void *addr);
// 控制共享内存的相关信息：成功返回0，失败返回-1
int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);当用shmget函数创建一段共享内存时，必须指定其 size；而如果引用一个已存在的共享内存，则将 size 指定为0 。
当一段共享内存被创建以后，它并不能被任何进程访问。必须使用shmat函数连接该共享内存到当前进程的地址空间，连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间，随后可像本地空间一样访问。
shmdt函数是用来断开shmat建立的连接的。注意，这并不是从系统中删除该共享内存，只是当前进程不能再访问该共享内存而已。
shmctl函数可以对共享内存执行多种操作，根据参数 cmd 执行相应的操作。常用的是IPC_RMID（从系统中删除该共享内存）。
3、例子
步骤
- 创建共享内存/已有打开
- 映射
- 数据交换
- 释放连接共享内存
- 删除gxnc
shmw.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include<string.h>
int main()
{
int shmid;
char *shmaddr;
key_t key;
key = ftok(".",1);
shmid = shmget(key,1024*4,IPC_CREAT|0666);
if(shmid == -1){
printf("shmget faild\n");
exit(-1);
}
exit(0);
shmaddr = shmat(shmid,0,0);
printf("shmat ok\n");
strcpy(shmaddr,"hello world");
sleep(5);
shmdt(shmaddr);
shmctl(shmid,IPC_RMID,0);
printf("quit\n");
return 0;
}shmr.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include<string.h>
int main()
{
int shmid;
char *shmaddr;
key_t key;
key = ftok(".",1);
shmid = shmget(key,1024*4,0);
if(shmid == -1){
printf("shmget faild\n");
exit(-1);
}
shmaddr = shmat(shmid,0,0);
printf("shmat ok\n");
printf("data:%s\n",shmaddr);
shmdt(shmaddr);
printf("quit\n");
return 0;
}
~在两个终端里用 gcc 分别编译运行上面两个文件，可以看到输出结果如下：
查看系统中共享内存：ipcs -m ，删除系统共享内存：ipcs -m id号
五、信号
对于 Linux来说，实际信号是软中断，许多重要的程序都需要处理信号。信号，为 Linux 提供了一种处理异步事件的方法。比如，终端用户输入了 ctrl+c 来中断程序，会通过信号机制停止一个程序。
信号概述
- 信号的名字和编号：
每个信号都有一个名字和编号，这些名字都以“SIG”开头，例如“SIGIO ”、“SIGCHLD”等等。
信号定义在signal.h头文件中，信号名都定义为正整数。
具体的信号名称可以使用kill -l来查看信号的名字以及序号，信号是从1开始编号的，不存在0号信号。kill对于信号0又特殊的应用。
2、信号的处理：
信号的处理有三种方法，分别是：忽略、捕捉和默认动作
- 忽略信号，大多数信号可以使用这个方式来处理，但是有两种信号不能被忽略（分别是
SIGKILL和SIGSTOP）。因为他们向内核和超级用户提供了进程终止和停止的可靠方法，如果忽略了，那么这个进程就变成了没人能管理的的进程，显然是内核设计者不希望看到的场景 - 捕捉信号，需要告诉内核，用户希望如何处理某一种信号，说白了就是写一个信号处理函数，然后将这个函数告诉内核。当该信号产生时，由内核来调用用户自定义的函数，以此来实现某种信号的处理。
- 系统默认动作，对于每个信号来说，系统都对应由默认的处理动作，当发生了该信号，系统会自动执行。不过，对系统来说，大部分的处理方式都比较粗暴，就是直接杀死该进程。
具体的信号默认动作可以使用man 7 signal来查看系统的具体定义。
下列是一些常用信号的具体定义
了解了信号的概述，那么，信号是如何来使用呢？
其实对于常用的 kill 命令就是一个发送信号的工具，kill 9 PID来杀死进程。比如，我在后台运行了一个 top 工具，通过 ps 命令可以查看他的 PID，通过 kill 9 来发送了一个终止进程的信号来结束了 top 进程。如果查看信号编号和名称，可以发现9对应的是 9) SIGKILL，正是杀死该进程的信号。以下的执行过程实际也就是执行了9号信号的默认动作——杀死进程。
信号编程
1、信号处理函数的注册：signal()函数
原型
#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);参数说明：
signum：要捕捉的信号（Linux下查看信号：kill -l ，9号SIGKILL和19号SIGSTOP信号不能被捕捉）
handler：我们要对信号进行的处理方式。信号的处理方式一般有三种：忽略此信号（SIG_IGN），恢复对信号的系统默认处理（SIG_DFL）
例子
#include<stdio.h>
#include <signal.h>
//typedef void (*sighandler_t)(int);
//sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
void handler(int signum)
{
printf("get signum=%d\n",signum);
switch(signum){
case 2:
printf("SIGINT\n");
break;
case 9:
printf("SIGKILL\n");
break;
case 10:
printf("SIGUSR1\n");
break;
}
printf("never guit\n");
}
int main()
{
signal(SIGINT,SIG_IGN);
signal(SIGKILL,SIG_IGN);
signal(SIGUSR1,handler);
while(1);
return 0;
}2、信号处理发送函数：kill()函数
原型
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);功能：用于任何进程组或进程发送信号。
返回值：成功返回0，失败返回-1
参数说明：
- pid：有四种情况：1）大于0：pid是信号欲送往的进程的标识；等于0：信号将送往所有与调用kill()的那个进程属同一个使用组的进程；3）等于-1：信号将送往所有调用进程有权给其发送信号的进程，除了进程1（init进程）；4）小于-1：信号将送往以 -pid 为组标识的进程
- sig：准备发送的信号代码，假如其值为0，则没有任何信号送出，但是系统会执行错误检查，通常会利用sig值为0来检验某个进程是否仍在执行
例子
#include<stdio.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
int main(int argc,char **argv)
{
int signum;
int pid;
char cmd[128]={0};
signum = atoi(argv[1]);
pid = atoi(argv[2]);
printf("num = %d,pid=%d\n",signum,pid);
sprintf(cmd,"kill -%d %d",signum,pid);
system(cmd);
printf("send signal ok\n");
return 0;
}信号携带消息编程
我们已经成功完成了信号的收发，那么为什么会有高级版出现呢？其实之前的信号存在一个问题就是，虽然发送和接收到了信号，可是总感觉少些什么，既然都已经把信号发送过去了，为何不能再携带一些数据呢？
正是如此，我们需要另外的函数来通过信号传递的过程中，携带一些数据。咱么先来看看发送的函数吧。
1.信号注册函数——高级版：sigaction()函数
原型
#include <signal.h>
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
struct sigaction {
void (*sa_handler)(int); //信号处理程序，不接受额外数据，SIG_IGN 为忽略，SIG_DFL 为默认动作
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); //信号处理程序，能够接受额外数据和sigqueue配合使用
sigset_t sa_mask;//阻塞关键字的信号集，可以再调用捕捉函数之前，把信号添加到信号阻塞字，信号捕捉函数返回之前恢复为原先的值。
int sa_flags;//影响信号的行为SA_SIGINFO表示能够接受数据
};
//回调函数句柄sa_handler、sa_sigaction只能任选其一功能：检查或修改与指定信号相关联的处理动作（可同时两种操作）
返回值：成功返回0，失败返回-1，错误原因置于errno中
参数说明：
- signum：要捕捉的信号名称（除了SIGKILL和SIGSTOP）
- act：指定新的信号处理方式，它是一个结构体
- oldact：如果不为空，那么可以对之前的信号配置进行备份，以方便之后进行恢复。
sigaction 的时效性：当对某一个信号设置了指定的动作的时候，那么，直到再次显式调用 sigaction并改变动作之前都会一直有效。
关于void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);处理函数来说还需要有一些说明。void* 是接收到信号所携带的额外数据；而struct siginfo这个结构体主要适用于记录接收信号的一些相关信息。
siginfo_t {
int si_signo; /* Signal number */
int si_errno; /* An errno value */
int si_code; /* Signal code */
int si_trapno; /* Trap number that caused
hardware-generated signal
(unused on most architectures) */
pid_t si_pid; /* Sending process ID */
uid_t si_uid; /* Real user ID of sending process */
int si_status; /* Exit value or signal */
clock_t si_utime; /* User time consumed */
clock_t si_stime; /* System time consumed */
sigval_t si_value; /* Signal value */
int si_int; /* POSIX.1b signal */
void *si_ptr; /* POSIX.1b signal */
int si_overrun; /* Timer overrun count; POSIX.1b timers */
int si_timerid; /* Timer ID; POSIX.1b timers */
void *si_addr; /* Memory location which caused fault */
int si_band; /* Band event */
int si_fd; /* File descriptor */
}其中的成员很多，si_signo 和 si_code 是必须实现的两个成员。可以通过这个结构体获取到信号的相关信息。
关于发送过来的数据是存在两个地方的，sigval_t si_value这个成员中有保存了发送过来的信息；同时，在si_int或者si_ptr成员中也保存了对应的数据。
那么，kill 函数发送的信号是无法携带数据的，我们现在还无法验证发送收的部分，那么，我们先来看看发送信号的高级用法后，我们再来看看如何通过信号来携带数据吧。
信号发送函数——高级版：sigqueue()函数
原型
#include <signal.h>
int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);
union sigval {
int sival_int;
void *sival_ptr;
};参数说明：
- pid：指定接收信号的进程ID
- sig：确定即将发送的信号
- 第三个参数是一个联合体
使用这个函数之前，必须要有几个操作需要完成
- 使用 sigaction 函数安装信号处理程序时，制定了 SA_SIGINFO 的标志。
- sigaction 结构体中的 sa_sigaction 成员提供了信号捕捉函数。如果实现的时 sa_handler 成员，那么将无法获取额外携带的数据。
sigqueue 函数只能把信号发送给单个进程，可以使用 value 参数向信号处理程序传递整数值或者指针值。
sigqueue 函数不但可以发送额外的数据，还可以让信号进行排队（操作系统必须实现了 POSIX.1的实时扩展），对于设置了阻塞的信号，使用 sigqueue 发送多个同一信号，在解除阻塞时，接受者会接收到发送的信号队列中的信号，而不是直接收到一次。
但是，信号不能无限的排队，信号排队的最大值受到SIGQUEUE_MAX的限制，达到最大限制后，sigqueue 会失败，errno 会被设置为 EAGAIN。
例子
发送信号端：
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
//int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);
int main(int argc,char **argv)
{
int signum;
int pid;
signum = atoi(argv[1]);
pid = atoi(argv[2]);
union sigval value;
value.sival_int = 100;
sigqueue(pid,signum,value);
printf("%d done\n",getpid());
return 0;
}接收信号端
#include <signal.h>
#include<stdio.h>
//int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);
void handler(int signum, siginfo_t *info, void *context)
{
printf("get signum %d\n",signum);
if(context != NULL){
printf("get data=%d\n",info->si_int);
printf("get data=%d\n",info->si_value.sival_int);
printf("from:%d\n",info->si_pid);
}
}
int main()
{
struct sigaction act;
printf("pid=%d\n",getpid());
act.sa_sigaction = handler;
act.sa_flags = SA_SIGINFO;
sigaction(SIGUSR1,&act,NULL);
while(1);
return 0;
}运行结果：
注意：信号发送字符串，只有在父子进程或者是共享内存下才可发送。
六、信号量
信号量（semaphore）是一个计数器，信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。
1、特点：
- 信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存。
- 信号量基于操作系统的 PV 操作，程序对信号量的操作都是原子操作。
- 每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，而且可以加减任意正整数。
- 支持信号量组。
2、原型
最简单的信号量是只能取 0 和 1 的变量，这也是信号量最常见的一种形式，叫做二值信号量（Binary Semaphore）。而可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。
Linux 下的信号量函数都是在通用的信号量数组上进行操作，而不是在一个单一的二值信号量上进行操作。
#include <sys/sem.h>
// 创建或获取一个信号量组：若成功返回信号量集ID，失败返回-1
int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
// 对信号量组进行操作，改变信号量的值：成功返回0，失败返回-1
int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);
// 控制信号量的相关信息
int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);当semget创建新的信号量集合时，必须指定集合中信号量的个数（即num_sems），通常为1； 如果是引用一个现有的集合，则将num_sems指定为 0 。
在semop函数中，sembuf结构的定义如下：
struct sembuf
{
short sem_num; // 信号量组中对应的序号，0～sem_nums-1
short sem_op; // 信号量值在一次操作中的改变量
short sem_flg; // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
}其中 sem_op 是一次操作中的信号量的改变量：
- 若sem_op > 0，表示进程释放相应的资源数，将 sem_op 的值加到信号量的值上。如果有进程正在休眠等待此信号量，则唤醒它们。
- 若sem_op < 0，请求 sem_op 的绝对值的资源。
- 如果相应的资源数可以满足请求，则将该信号量的值减去sem_op的绝对值，函数成功返回。
- 当相应的资源数不能满足请求时，这个操作与sem_flg有关。
- sem_flg 指定IPC_NOWAIT，则semop函数出错返回EAGAIN。
- sem_flg 没有指定IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：
当相应的资源数可以满足请求，此信号量的semncnt值减1，该信号量的值减去sem_op的绝对值。成功返回；
此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，此情况下将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR
- 若sem_op == 0，进程阻塞直到信号量的相应值为0：
- 当信号量已经为0，函数立即返回。
- 如果信号量的值不为0，则依据sem_flg决定函数动作：
sem_flg指定IPC_NOWAIT，则出错返回EAGAIN。
sem_flg没有指定IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：
信号量值为0，将信号量的semzcnt的值减1，函数semop成功返回；
此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，在此情况将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR
在semctl函数中的命令有多种，这里就说两个常用的：
- SETVAL：用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。
- IPC_RMID：删除一个信号量集合。如果不删除信号量，它将继续在系统中存在，即使程序已经退出，它可能在你下次运行此程序时引发问题，而且信号量是一种有限的资源。
3、例子
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
//函数原型
// int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
// int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
//int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
//联合体，用于semctl初始化
union semun {
int val; /* Value for SETVAL */
struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */
struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO
(Linux-specific) */
};
// P操作:
// 若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1
// 若信号量值为0，进程挂起等待
void sem_p(int id)
{
struct sembuf set;
set.sem_num = 0;/*序号*/
set.sem_op = -1;/*P操作*/
set.sem_flg = SEM_UNDO;
int net = semop(id,&set,1);
if(net == -1)
{
printf("p error\n");
}
else{
printf("p success\n");
}
}
// V操作：
// 释放资源并将信号量值+1
// 如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
void sem_v(int id)
{
struct sembuf set;
set.sem_num = 0;
set.sem_op = 1;
set.sem_flg = SEM_UNDO;
int net = semop(id,&set,1);
if(net == -1)
{
printf("v error\n");
}
else{
printf("v success\n");
}
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
key_t key;
int semid;
key = ftok(".",2);
//信号量集合中有一个信号量
semid = semget(key,1,IPC_CREAT|0666);//获取/创建信号量
union semun initsem;
initsem.val = 0;
//操作第0个信号量
semctl(semid,0,SETVAL,initsem);//初始化信号量
//SETVAL设置信号量的值，设置为initsem
int pid;
pid = fork();
if(pid > 0){/*父进程*/
sem_p(semid); /*等待资源*/
printf("this is father\n");
sem_v(semid);/*释放资源*/
semctl(semid,0,IPC_RMID); /*删除信号量集*/
}
else if (pid == 0) /*子进程*/
{
printf("this is child\n");
sem_v(semid);/*释放资源*/
}
else{
printf("fork errno\n");
}
return 0;
}运行结果：
上面的例子如果不加信号量，则父进程会先执行完毕。这里加了信号量让父进程等待子进程执行完以后再执行。
七、进程间通信方式总结：
- 管道：速度慢，容量有限，只有父子进程能通讯；
- FIFO：任何进程间都能通讯，但速度慢；
- 消息队列：容量受到系统限制，且要注意第一次读的时候，要考虑上一次没有读完数据的问题；
- 共享内存：能够很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一个进程在写的时候，另一个进程要注意读写的问题；相当于线程中的线程安全，当然，共享内存区同样可以用作线程间通讯，不过没这个必要，线程间本来就已经共享了同一进程内的一块内存
- 信号：有入门版和高级版两种，区别在于入门版注重动作，高级版可以传递消息。只有在父子进程或者是共享内存中，才可以发送字符串消息；
- 信号量：不能传递复杂消息，只能用来同步。用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。
