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Linux系统基础-进程间通信(2)_命名管道和System V通信

news 2024/10/23 1:08:02

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Linux系统基础-进程间通信(2)_命名管道和System V通信

收录于专栏[Linux学习]
本专栏旨在分享学习Linux的一点学习笔记，欢迎大家在评论区交流讨论💌

1. 命名管道

命名管道的概念:

创建一个命名管道

匿名管道与命名管道的区别

命名管道的打开规则

2. system V共享内存

共享内存示意图

共享内存数据结构

共享内存函数

shmget函数

shmat函数

shmdt函数

shmctl函数

命令 :

概念补充 :

3. system V消息队列(简单介绍)

概念 :

特点 :

4. system V信号量(简单介绍)

进程同步与互斥

1. 命名管道

命名管道的概念:

管道应用的一个限制就是只能在具有共同祖先（具有亲缘关系）的进程间通信。

如果我们想在不相关的进程之间交换数据，可以使用FIFO文件来做这项工作，它经常被称为命名管道。

命名管道是一种特殊类型的文件

创建一个命名管道

命名管道可以从命令行上创建，命令行方法是使用下面这个命令：

$ mkfifo filename

效果如下:

命名管道也可以从程序里创建，相关函数有：

int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);

实例代码 :

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>int main(int argc, char *argv[])
{mkfifo("p2", 0644);return 0;
}

mkfifo("p2", 0644);: 这是创建命名管道的关键行。mkfifo 函数的两个参数如下：

"p2": 这是将要创建的命名管道的名称。这个管道将会在当前工作目录下创建一个名为 p2 的文件。

0644: 这是管道的权限位，使用八进制表示。权限位控制谁可以读取和写入该管道。将权限设置为：

用户（文件所有者）可以读和写（6）

组用户可以读（4）

其他用户可以读（4）

因此，0644 权限意味着：

拥有者具有读（r）和写（w）权限。

同组用户和其他用户具有读（r）权限，但没有写（w）权限。

效果如下:

匿名管道与命名管道的区别

1. 匿名管道由pipe函数创建并打开

2. 命名管道由mkfifo函数创建, 打开用open

3. FIFO (命名管道) 与 pipe (匿名管道) 之间唯一的区别在它们创建与代开的方式不同, 一旦这些工作完成之后, 它们具有相同的语义.

命名管道的打开规则

如果当前打开操作是为读而打开FIFO时

O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO

O_NONBLOCK enable：立刻返回成功

如果当前打开操作是为写而打开FIFO时

O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO

O_NONBLOCK enable：立刻返回失败，错误码为ENXIO

2. system V共享内存

共享内存区是最快的IPC形式。一旦这样的内存映射到共享它的进程的地址空间，这些进程间数据传递不再涉及到内核，换句话说是进程不再通过执行进入内核的系统调用来传递彼此的数据

共享内存示意图

理解 :

1. 上述所有操作, 都是OS做的

2. OS提供上面的系统调用, 供用户A, B进行调用 --- 系统调用

3. 共享内存在系统中可以同时存在多份, 供不同个数, 不同对进程同时进行通信~!

4. OS注定了要对共享内存进行管理! --- 先描述, 在组织 --- 共享内存, 不是简单的一份内存空间, 也要有描述并管理共享内存的数据结构和匹配算法!!

5. 共享内存 == 内存空间(数据) + 共享内存的属性!

共享内存数据结构

struct shmid_ds
{struct ipc_perm shm_perm;    /* operation perms */int shm_segsz;               /* size of segment (bytes) */__kernel_time_t shm_atime;   /* last attach time */__kernel_time_t shm_dtime;   /* last detach time */__kernel_time_t shm_ctime;   /* last change time */__kernel_ipc_pid_t shm_cpid; /* pid of creator */__kernel_ipc_pid_t shm_lpid; /* pid of last operator */unsigned short shm_nattch;   /* no. of current attaches */unsigned short shm_unused;   /* compatibility */void *shm_unused2;           /* ditto - used by DIPC */void *shm_unused3;           /* unused */
};

共享内存函数

shmget函数

功能：用来创建共享内存
原型int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
参数key:这个共享内存段名字size:共享内存大小shmflg:由九个权限标志构成，它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样的
返回值：成功返回一个非负整数，即该共享内存段的标识码；失败返回-1

shmat函数

功能：将共享内存段连接到进程地址空间
原型void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
参数shmid: 共享内存标识shmaddr:指定连接的地址shmflg:它的两个可能取值是SHM_RND和SHM_RDONLY
返回值：成功返回一个指针，指向共享内存第一个节；失败返回-1

补充 :

shmaddr为NULL，核心自动选择一个地址

shmaddr不为NULL且shmflg无SHM_RND标记，则以shmaddr为连接地址。

shmaddr不为NULL且shmflg设置了SHM_RND标记，则连接的地址会自动向下调整为SHMLBA的整数倍。公式：shmaddr - (shmaddr % SHMLBA)

shmflg=SHM_RDONLY，表示连接操作用来只读共享内存

shmdt函数

功能：将共享内存段与当前进程脱离
原型int shmdt(const void *shmaddr);
参数shmaddr: 由shmat所返回的指针
返回值：成功返回0；失败返回-1
注意：将共享内存段与当前进程脱离不等于删除共享内存段

shmctl函数

功能：用于控制共享内存
原型int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
参数shmid:由shmget返回的共享内存标识码cmd:将要采取的动作（有三个可取值）buf:指向一个保存着共享内存的模式状态和访问权限的数据结构
返回值：成功返回0；失败返回-1

命令 :

命令	说明
IPC_STAT	把shmid_ds结构中的数据设置位共享内存的当前关联值
IPC_SET	在进程有足够权限的前提下, 把共享内存的当前关联值设置为shmid_ds数据结构中给出的值
IPC_RMID	删除共享内存段

补充 :

IPC_CEAT : 如果你要创建的共享内存不存在, 创建之, 如果存在, 获取共享内存并返回(总能回去一个)

IPC_EXCL : 单独使用没有意义, 只有IPC_CREAT组合才有意义

IPC_CREAT| IPC_EXCL : 如果你要创建的共享内存不存在, 创建之, 如果存在, 出错返回 (如果我成功返回了, 就意味着shm是全新的)

注意：共享内存没有进行同步与互斥！