进程间通信(二):IPC键值生成(ftok函数)与使用

一、IPC key键值和ftok函数

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唯一非零的IPC key键值一般用于system V IPC中的消息队列、信号量和共享内存中通过创建或打开IPC函数(msgget, semget或者shmget)产生对应的IPC对象标识符。而ftok()函数则是产生该IPC key键值的方式。ftok()通过一个路径名和整数标识符生成一个IPC key键值的，函数原型如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>

key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

函数入参：

pathname: 制定的文件，此文件必须存在且可访问
proj_id: 计划代号，尽管是int型，但只有低8bit才会用于生成IPC key键值(因此低8bit不可为0)。

返回值：

成功：返回key_t类型的键值，失败返回-1，错误原因存于error中。
ps: key_t一般为32位的int型类型数据。

二、ftok函数实现验证

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ftok()典型实现是调用stat函数，然后组合以下三个值：
① pathname所在的文件系统的信息（stat结构的st_dev成员）。
② 该文件在本文件系统内的索引节点号(stat结构的st_ino成员)。
③ proj_id的低序8位（不能为0）。
组合产生一个32位键。 验证代码如下：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/stat.h>

int main(int argc, char **argv)
{
        struct stat st;

        if (argc != 2) {
            printf("usage: ftok \n");
            exit(1);
        }

        stat(argv[1], &st);
        printf("st_dev:%lx, st_ino:%lx, key:%x\n", st.st_dev, st.st_ino, ftok(argv[1], 0x579));
        printf("st_dev:%lx, st_ino:%lx, key:%x\n", st.st_dev, st.st_ino, ftok(argv[1], 0x118));

        return 0;
}

编译以上代码gcc ftok_test.c -o ftok，并以一个以存在的目录运行该程序，结果如下:

st_dev:2c, st_ino:6d82, key:792c6d82
st_dev:2c, st_ino:6d82, key:182c6d82

从上面程序可以看出，通过ftok返回的是根据文件（pathname）信息和工程编号（proj_id）合成的IPC key键值，从而避免用户使用key值的冲突。proj_id值的意义让一个文件也能生成多个IPC key键值。ftok利用同一文件可得到256个IPC key键值，因为ftok只取proj_id值二进制的后8位，即16进制的后两位与文件信息合成IPC key键值。

三、IPC key值选择与使用

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1、key值的选择方式

对于key值，应用程序有如下三种选择：
(1) 调用ftok函数，给它传递pathname和proj_id，操作系统根据两者合成key值。
(3) 指定key为大于0的常数，这需要用户自行保证生成的IPC key值不与系统中的存在冲突，而前两种操作系统会保证。

(2) 指定key为IPC_PRIVATE，内核保证创建一个新的、唯一的IPC对象、IPC标识符与内存中的标识符不会冲突。IPC_PRIVATE为宏定义，其值等于0。

2、IPC对象标识符创建与使用

system V IPC中的消息队列、信号量和共享内存的IPC函数如下。

接口类型	消息队列	信号量	共享内存
创建或打开IPC函数	msgget	semget	shmget
控制IPC操作函数	msgctl	semctl	shmctl
IPC操作函数	msgsnd msgrcv	semop	shmat shmdt

IPC标识符不同与IPC key值，如前面所述，IPC标识符是消息队列、信号量和共享内存通过创建或打开IPC函数msgget(), semget()或者shmget()函数通过key值得到的。

IPC对象标识符创建注意事项
每个IPC对象创建时都会传入flag标志参数，如msgget中为msgflg、semget中为semflg、shmget中shmflg。该flag标识是int类型，低9bit指定了所有者、所属组和其他人，这与open()函数的mode参数的格式和含义是一致的。
(1) 若创建时flag只指定所属权限组，则打开一个IPC对象标识符时，如果标识符不存在则返回失败且erron为ENOENT；若标识符存在，则返回成功，引用已存在对象。
(2) IPC的flag参数，还有以下两个标志位：

#define IPC_CREAT    01000 /* Create key if key does not exist. */
#define IPC_EXCL     02000 /* Fail if key exists. */

从以上两个宏的注释也可以看出，增加了两个特殊属性。将他们加到flag的参数中，作用效果如下表所示：

flag创建模式标志	IPC对象不存在	IPC对象已存在
无特殊标志	出错，errno=ENOENT	成功，引用已存在对象
IPC_CREAT	成功，创建新对象	成功，引用已存在对象
IPC_CREAT | IPC_EXCL	成功，创建新对象	出错，errno=EEXIT

控制IPC操作函数和IPC操作函数的{BANNED}中国第一个入参都是IPC标识符，他们均是通过操作IPC对象标识符来实现进程间通信的。IPC key值和IPC标识符的使用关系如下图所示：

IPC键值与IPC标识符的使用