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分类: LINUX

2012-08-10 18:12:40

                       进程间的通信 前言

在典型的UNIX系统上可用的进程间通信形式:

管道( pipe ):管道是一种半双工的通信方式,数据只能单向流动,而且只能在具有亲缘关系的进程间使用(无名管道)。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。有名管道 (named pipe) 有名管道也是半双工的通信方式,但是它允许无亲缘关系进程间的通信。

信号量( semophore ) 信号量是一个计数器,可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制,防止某进程正在访问共享资源时,其他进程也访问该资源。因此,主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。

消息队列( message queue ) 消息队列是由消息的链表,存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

信号 ( sinal ) 信号是一种比较复杂的通信方式,用于通知接收进程某个事件已经发生。

共享内存( shared memory ) :共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存,这段共享内存由一个进程创建,但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式,它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制,如信号两,配合使用,来实现进程间的同步和通信。

套接字( socket ) 套解口也是一种进程间通信机制,与其他通信机制不同的是,它可用于不同及其间的进程通信。

一、各种通信方式的优缺点

         每种技术满足不同的需求。假设多个进程之间的协作的复杂性大体相当,每种方法的优点和缺点如下:

1、共享内存

         UNIX 文件共享数据很简单,因为它使用大家熟悉的文件操作。但是,通过文件系统共享数据很慢,因为磁盘输入和输出操作的效率远远比不上内存。另外,只通过文件读写数据很难协调。最后,在文件中保存敏感数据是不安全的,因为根用户和拥有特权的其他用户可以访问这些信息。对于只读或只写的数据,适合使用文件。

2、管道和命名管道

         管道和命名管道也很简单。它们在连接的两端使用两个标准的文件描述符:一个只执行读操作,另一个只执行写操作。但是,管道只能在父进程和子进程之间使用,不能在任意两个进程之间使用。命名管道克服了这个缺点,是在同一系统上交换数据的好方法。但是,管道和命名管道都不提供随机访问,因为它们都作为先入先出(FIFO)设备。

3、信号

         信号无法在进程之间传输数据。一般情况下,信号应该只用于在进程之间通知异常情况。

4、共享内存

         共享内存适合比较大的数据集,因为它使用内存,支持快速的随机访问。共享内存的实现有点儿复杂,尽管如此,对于多个进程之间的主机内协作,共享内存是不错的方法。

5SOCKET套字节

         套接字的功能与命名管道很相似,但是可以跨主机。本地套接字(也称为 UNIX 套接字)只能进行本地(同一主机上的)连接。InetInet6套接字分别使用IPv4IPv6协议,它们接受远程连接(也可以通过本地机器的Internet寻址机制接受本地连接)。网络应用程序显然应该选择套接字,比如分布式处理或web浏览器。所需的代码比命名管道复杂一点儿,但是模式是固定的,在任何UNIX网络编程书中都有介绍。

二、共享内存

         IPC共享存储允许两个或者多个进程共享一给定的存储区,因为数据不需要在客户机和服务器之间复制,所以这是最快的一种IPC。使用存储的唯一窍门是多个进程之间对一给定存储区的同步存取。

1、  shmget函数

获得一个共享存储标识符。

#include

#include

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

Key:参数为IPC_PRIVATE则会建立新的共享内存对象;

shmflgIPC_CREATIPC_EXCL

返回值:成功返回共享内存的标识符;不成功返回-1errno储存错误原因。

EINVAL       参数size小于SHMMIN或大于SHMMAX

EEXIST       预建立key所致的共享内存,但已经存在。

EIDRM       参数key所致的共享内存已经删除。

ENOSPC      超过了系统允许建立的共享内存的最大值(SHMALL )

ENOENT      参数key所指的共享内存不存在,参数shmflg也未设IPC_CREAT位。

EACCES       没有权限。

ENOMEM     核心内存不足。

2、  shmat函数

一但创建了共享内存后,进程就可调用shmat()将其连接到它的地址空间之中。

#include

#include

#include

void *shmat(int shmid, void *addr, int flag) ;

1) 如果addr0,则此段连接到由内核选择的第一个可用地址上。

2) 如果addr0,并且没有指定SHM_RND,则此段连接到addr所指定的地址上。

3) 如果addr0,并且指定了SHM_RND,则此段连接到( addr(addr mod SHMLBA))所表示的地址上。SHM_RND命令的意思是:取整。SHMLBA的意思是:低边界地址倍数,它总是2的乘方。该算式是将地址向下取最近1SHMLBA的倍数。

如果在f l a g中指定了SHM_RDONLY位,则以只读方式连接此段。否则以读写方式连接此段。(在进程页表项中设置只读标志,试图修改该页时将产生缺页异常,这些都是由CPU的页寻址硬件控制的)

返回:若成功则为指向共享存储段的指针,若出错则为- 1

3、  shmdt函数

当对共享存储段的操作已经结束时,则调用shmdt脱接该段。注意,这并不从系统中删除其标识符以及其数据结构。该标识符仍然存在,直至某个进程(一般是服务器)调用shmctl(带命令IP C_RMID)特地删除它。(连接是进程将共享内存的物理页加入进程页表,脱离是从页表中撤销该物理页的信息,并不改变实际的物理页)

#include

int shmdt(void *addr);

addr: 参数是以前调用shmat时的返回值。

返回:若成功则为0,若出错则为- 1

4、  shmctl函数

shmctl()函数对共享存储段执行多种操作。

#include

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

 

三、共享内存实例

查看linux系统页大小。

#getconf  PAGESIZE

#include

#include

#include

#include

#include

 

#include

#include

#include

 

#define SHM_SIZE 4096

#define SHM_MODE 0600  //usr read/write

 

int main(int argc, char *argv[])

{

    int shmid = 0, ret = 0;

         char *shmaddr = 0;

         int child;

 

         if((shmid = shmget(IPC_PRIVATE, SHM_SIZE, SHM_MODE))<0)

         {

                   printf("shmget error\n");

                   return -1;

         }

         printf("IPC ID: %d \n", shmid);

         if((shmaddr=(char *)shmat(shmid, NULL, 0))==(void *)-1)

         {

                   printf("shmat fial\n");

                   return -1;

         }

         *(shmaddr) = 'c'; 

          printf("shmaddr = 0x%x shmdata=%c \n",shmaddr,*shmaddr);

          

         if(!(child=fork()))

         {

                printf("This is son, and his pid is: %d\n", getpid());

                *(shmaddr) = 'b'; 

                printf("shmaddr = 0x%x shmdata=%c \n",shmaddr,*shmaddr);

          }else

          {

                printf("This is father, and his pid is: %d\n", getpid());

                printf("shmaddr = 0x%x shmdata=%c \n",shmaddr,*shmaddr);

          }

          sleep(1);

         if(shmctl(shmid,IPC_RMID,0)<0)

         {

                   printf("detele IPC fail\n");

                   return -1;

         }else

         {

                   printf("detele IPC success\n");

                   return 0;

         }       

}

 

unix/linux下的共享内存、信号量、队列信息管理

 

         unix/linux下,经常有因为共享内存、信号量,队列等共享信息没有干净地清楚而引起一些问题。

         查看共享信息的内存的命令是ipcs [-m|-s|-q]

         默认会列出共享内存、信号量,队列信息,-m列出共享内存,-s列出共享信号量,-q列出共享队列。

         清楚命令是ipcrm [-m|-s|-q] id

         -m 删除共享内存,-s删除共享信号量,-q删除共享队列。

 

 

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