Linux进程间通信(消息队列,信号量,共享内存)

不得不说,Deadline果真是第一生产力。不过做出来的东西真的是不堪入目,于是又花了一早上重写代码。

实验内容 进程通信的邮箱方式由操作系统提供形如 send()和 receive()的系统调用来支持,本实验要求学生首先查找资料了解所选用操作系统平台上用于进程通信的系统调用具体形式,然后使用该系统调用编写程序进行进程间的通信,要求程序运行结果可以直观地体现在界面上。在此基础上查找所选用操作系统平台上支持信号量机制的系统调用具体形式,运用生产者与消费者模型设计实现一个简单的信箱,该信箱需要有创建、发信、收信、撤销等函数,至少能够支持两个进程互相交换信息,比较自己实现的信箱与操作系统本身提供的信箱,分析两者之间存在的异同。 背景知识   消息队列

什么是消息队列
消息队列提供了一种从一个进程向另一个进程发送一个数据块的方法。 每个数据块都被认为含有一个类型,接收进程可以独立地接收含有不同类型的数据结构。我们可以通过发送消息来避免命名管道的同步和阻塞问题。但是消息队列与命名管道一样,每个数据块都有一个最大长度的限制。
Linux用宏MSGMAX和MSGMNB来限制一条消息的最大长度和一个队列的最大长度。

Linux中如何使用消息队列
Linux提供了一系列消息队列的函数接口来让我们方便地使用它来实现进程间的通信。它的用法与其他两个System V PIC机制,即信号量和共享内存相似。

msgget()函数
该函数用来创建和访问一个消息队列。它的原型为:
int msgget(key_t key, int msgflg);
它返回一个以key命名的消息队列的标识符(非零整数),失败时返回-1.

msgsnd()函数
该函数用来把消息添加到消息队列中。它的原型为:
int msgsend(int msgid, const void *msg_ptr, size_t msg_sz, int msgflg);
如果调用成功,消息数据的一份副本将被放到消息队列中,并返回0,失败时返回-1.

msgrcv()函数
该函数用来从一个消息队列获取消息,它的原型为:
int msgrcv(int msgid, void *msg_ptr, size_t msg_st, long int msgtype, int msgflg);
调用成功时,该函数返回放到接收缓存区中的字节数,消息被复制到由msg_ptr指向的用户分配的缓存区中,然后删除消息队列中的对应消息。失败时返回-1。

msgctl()函数
该函数用来控制消息队列,它与共享内存的shmctl函数相似,它的原型为:
int msgctl(int msgid, int command, struct msgid_ds *buf);
成功时返回0,失败时返回-1.

  信号量

什么是信号量
为了防止出现因多个程序同时访问一个共享资源而引发的一系列问题,我们需要一种方法,它可以通过生成并使用令牌来授权,在任一时刻只能有一个执行线程访问代码的临界区域。临界区域是指执行数据更新的代码需要独占式地执行。而信号量就可以提供这样的一种访问机制,让一个临界区同一时间只有一个线程在访问它,也就是说信号量是用来调协进程对共享资源的访问的。

Linux的信号量机制
Linux提供了一组精心设计的信号量接口来对信号量进行操作,它们不只是针对二进制信号量,下面将会对这些函数进行介绍,但请注意,这些函数都是用来对成组的信号量值进行操作的。它们声明在头文件sys/sem.h中。

semget()函数
它的作用是创建一个新信号量或取得一个已有信号量,原型为:
int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
成功返回一个相应信号标识符(非零),失败返回-1.

semop()函数
它的作用是改变信号量的值,原型为:
int semop(int sem_id, struct sembuf *sem_opa, size_t num_sem_ops);

semctl()函数
该函数用来直接控制信号量信息,它的原型为:
int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);

  共享内存

什么是共享内存
顾名思义,共享内存就是允许两个不相关的进程访问同一个逻辑内存。共享内存是在两个正在运行的进程之间共享和传递数据的一种非常有效的方式。不同进程之间共享的内存通常安排为同一段物理内存。进程可以将同一段共享内存连接到它们自己的地址空间中,所有进程都可以访问共享内存中的地址,就好像它们是由用C语言函数malloc()分配的内存一样。而如果某个进程向共享内存写入数据,所做的改动将立即影响到可以访问同一段共享内存的任何其他进程。
特别提醒:共享内存并未提供同步机制,也就是说,在第一个进程结束对共享内存的写操作之前,并无自动机制可以阻止第二个进程开始对它进行读取。所以我们通常需要用其他的机制来同步对共享内存的访问,例如前面说到的信号量。

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