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System V通信机制

news 2025/8/16 22:16:18

IPC对象概述

IPC对象消息队列共享内存信号量
特点多对多共享数据具备阻塞的全局变量

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设置流程

  1. 获取IPC对象key
  2. xxxget//获取对象ID值
  3. xxxctl//操作函数
  4. 相对独立的操作函数

IPC相关bash命令

ipcs [-参数]
>-a：显示所有 IPC 设施（默认选项）。
>-q：仅显示消息队列。
>-m：仅显示共享内存段。
>-s：仅显示信号量。
>-l：显示 IPC 资源的系统限制。
>-u：显示 IPC 设施的汇总信息。
>-p：显示与 IPC 设施相关的进程 ID。
>-t：显示时间信息，如上次操作时间。
>-c：显示创建者的用户和组信息。
>-b：显示 IPC 设施的权限和大小信息。ipcrm -[参数]#在bash中删除IPC对象
> -m, --shmem-id <id>        remove shared memory segment by id
> -M, --shmem-key <key>      remove shared memory segment by key
> -q, --queue-id <id>        remove message queue by id
> -Q, --queue-key <key>      remove message queue by key
> -s, --semaphore-id <id>    remove semaphore by id
> -S, --semaphore-key <key>  remove semaphore by key
> -a, --all[=shm|msg|sem]    remove all (in the specified category)
> -v, --verbose              explain what is being done
> -h, --help                 display this help
> -V, --version              display version

消息队列

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1.创建key

函数原型key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
头文件#include <sys/ipc.h>
参数pathname：指向一个已存在文件的路径字符串，key：一个 8 位的项目标识符（范围 0-255）
返回值成功返回key_t类型，失败返回*-1*

2.创建对象

函数原型int msgget(key_t key, int msgflg);
头文件#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h>
参数key：由 ftok msgflg：标志位，用于指定队列的权限和创建行为
返回值成功时返回消息队列的标识符（非负整数）。失败时返回 -1
msgflg
IPC_CREATIPC_CREAT：如果队列不存在，则创建。
IPC_EXCL与 IPC_CREAT 一起使用，确保队列不存在时创建，否则返回错误。
权限模式IPC_CREAT|0666:在创建时同时复制权限

3.进行发送

函数原型int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
头文件#include <sys/msg.h>
参数msqid：消息队列标识符，由 msgget 函数返回。msgp：指向消息缓冲区的指针，缓冲区需包含消息类型和消息内容。msgsz：消息正文的大小（以字节为单位），不包括消息类型字段；msgflg：控制标志，通常为 0（阻塞模式）或 IPC_NOWAIT（非阻塞模式）。
返回值成功时返回 0，失败时返回 -1 并设置 errno。
msgflag
IPC_NOWAIT非阻塞模式
0进行阻塞

在创建根据手册描述需要创建一个包含正文，和类型的结构体

struct msgbuf {long mtype;     // 消息类型，必须为正整数char mtext[1];  // 消息正文，实际使用时需自定义长度
};

示例

typedef struct msgbuf
{long mtype;       /* message type, must be > 0 */char mtext[1024];    /* message data */
}msgbuf;int main(void)
{key_t key = ftok(".", 123);//在当前路径下创建生成一个"钥匙"int mag_id = msgget(key, IPC_CREAT | 0664);//创建一个新的消息队列msgbuf my_msbuf;my_msbuf.mtype = 100;memset(my_msbuf.mtext, 0, sizeof(my_msbuf.mtext));scanf("%s", my_msbuf.mtext);msgsnd(mag_id, &my_msbuf, strlen(my_msbuf.mtext), 0);//进行阻塞的发送信息return 0;
}

运行结果
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4.进行接收

函数原型int msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
头文件#include <sys/msg.h>
参数msqid：消息队列标识符，由 msgget 创建。msgp：通常是一个结构体，包含消息类型和消息正文。msgsz：消息正文的大小msgtyp：指定接收的消息类型；msgflg：控制行为的标志位
返回值成功时返回实际接收的消息正文的字节数。失败时返回 -1，并设置 errno。
msgflag
IPC_NOWAIT如果没有符合条件的消息，立即返回错误（不阻塞）
MSG_NOERROR如果消息正文超过 msgsz，截断消息而不报错。
0进行阻塞

示例

int main(void)
{key_t key = ftok(".", 123);//在当前路径下创建生成一个"钥匙"int mag_id = msgget(key, IPC_CREAT|0664);//创建一个新的消息队列msgbuf my_msbuf;my_msbuf.mtype = 200;while (1){memset(my_msbuf.mtext, 0, sizeof(my_msbuf.mtext));msgrcv(mag_id, &my_msbuf, sizeof(my_msbuf.mtext), 100, MSG_NOERROR);//进行阻塞的发送信息printf("2接收到程序:%s\n", my_msbuf.mtext);}
}

运行结果
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5.操作消息队列

函数原型int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
头文件#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h>
参数msqid：消息队列的标识符，由 msgget 函数创建或获取。cmd：控制命令；buf：指向 struct msqid_ds 的指针，用于存储或设置消息队列的属性。
返回值成功时返回 0。失败时返回 -1，并设置 errno 以指示错误类型。

属性信息结构体struct msqid_ds

struct msqid_ds {struct ipc_perm msg_perm;  // 权限信息time_t msg_stime;          // 最后发送消息的时间time_t msg_rtime;          // 最后接收消息的时间time_t msg_ctime;          // 最后修改时间unsigned long __msg_cbytes; // 当前队列中的字节数msgqnum_t msg_qnum;        // 当前队列中的消息数msglen_t msg_qbytes;       // 队列的最大字节数pid_t msg_lspid;           // 最后发送消息的进程 PIDpid_t msg_lrpid;           // 最后接收消息的进程 PID
};

常用命令

cmd
IPC_STAT获取消息队列的属性，存储到 buf 指向的结构体中
IPC_SET设置消息队列的属性，从 buf 指向的结构体中读取
IPC_RMID立即删除消息队列，忽略 buf 参数

示例

int main(void)
{key_t key = ftok(".", 123);//在当前路径下创建生成一个"钥匙"int mag_id = msgget(key, IPC_CREAT | 0664);//创建一个新的消息队列msgbuf my_msbuf;my_msbuf.mtype = 100;struct msqid_ds msginfo;msgctl(mag_id, IPC_STAT,&msginfo);printf("信息数量:%lu\n", msginfo.msg_qnum);return 0;
}

运行结果
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消息队列是流操作

共享内存

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1.创建创建key

创建key与消息队列相同，这里就不过多赘述

*2.创建shareMemoryID

函数原型int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
头文件#include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h>
参数key：共享内存段的键值，通常由 ftok 生成或直接使用 IPC_PRIVATE。size：共享内存段的大小，通常是4096的倍数。如果是获取已存在的共享内存，此参数可设为 0。shmflg：权限标志
返回值成功时返回共享内存段的标识符（非负整数）。失败时返回 -1，并设置 errno 表示错误原因。

shmflg

shmflg
IPC_CREAT创建，可以与限权相或进行设置
IPC_EXCL确保在创建新的 IPC 资源（如共享内存、消息队列或信号量）时，如果该资源已存在，则创建操作会失败。

3.映射内存

函数原型void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
头文件#include <sys/shm.h>
参数shmid：共享内存标识符，由 shmget 调用返回；shmaddr：指定共享内存附加到进程地址空间的位置。通常设为 NULL，由系统自动选择地址。shmflg：附加标志，例如 SHM_RDONLY 表示只读访问。
返回值shmat 返回共享内存附加到进程地址空间的起始地址。失败时，返回 (void *)-1，并设置 errno 以指示错误原因。

shmflg

shmflg
0默认，代表共享内存可读可写。
SHM_RDONLY代表共享内存只读。

示例

int main(void)
{key_t key = ftok(".", 1);//在当前路径下创建生成一个"钥匙"if(key == -1){perror("ftok sailed\n");}int shm_ID = shmget(key, 4096, IPC_CREAT|0664);if (shm_ID == -1) {perror("shmget failed\n");exit(1);}int shmdt(const void *shmaddr);char * add = shmat(shm_ID, NULL, 0);sprintf(add, "1234");printf("%s", add+1);return 0;
}

执行结果
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操作

函数原型int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
头文件#include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h>
参数shmid：指定的共享内存的ID；cmd：一些命令字；buf：用来存放共享内存信息的结构体
返回值失败返回-1

cmd参数说明

cmd
IPC_STAT将共享内存的当前状态信息复制到 buf 指向的 shmid_ds 结构中。调用者需具备读权限。
IPC_SET通过 buf 修改共享内存的权限、所有者或时间戳等字段。仅超级用户或有效用户 ID 与共享内存所有者/创建者匹配的用户可执行。
IPC_RMID标记共享内存段为待销毁状态。实际销毁会在最后一个附加进程分离后发生。此操作需超级用户或有效用户 ID 匹配所有者/创建者。

信息结构体

struct shmid_ds {
struct ipc_perm shm_perm; /* Ownership and permissions /
size_t shm_segsz; / Size of segment (bytes) /
time_t shm_atime; / Last attach time /
time_t shm_dtime; / Last detach time /
time_t shm_ctime; / Creation time/time of last
modification via shmctl() /
pid_t shm_cpid; / PID of creator /
pid_t shm_lpid; / PID of last shmat(2)/shmdt(2) /
shmatt_t shm_nattch; / No. of current attaches */
…
};

信号量

是一种全局变量，在编程中想要使用一种资源，必须先要知道有没有该资源存不存在；在实际编程中使用信号量来控制对应资源;

P减操作（申请资源）
V加操作（释放资源）

并且信号量是一个集合（可以理解为数组）

1.创建创建key

创建key与消息队列相同，这里就不过多赘述

2.获得信号量的ID

函数原型int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
头文件#include <sys/sem.h>
参数说明key：信号量集的键值，通常由 ftok 生成或直接使用 IPC_PRIVATE。nsems：信号量集中信号量的数量。semflg：标志位，用于指定创建或访问权限（如 IPC_CREAT、IPC_EXCL 或权限掩码）。

3.信号量的操作

函数原型int semctl(int semid, int semnum, int cmd, …);
头文件#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/sem.h>
参数semid：信号量集合的标识符，由 semget 函数创建。semnum：信号量在集合中的索引（从 0 开始）。对于某些命令（如 IPC_RMID），此参数可忽略。cmd：控制命令
返回值失败时返回 -1，并设置 errno

cmd

cmd
IPC_STAT获取信号量集合的状态信息，存入 semid_ds 结构体。
IPC_SET设置信号量集合的属性（如权限）。
IPC_RMID删除信号量集合
GETVAL获取指定信号量的当前值。
SETVAL设置指定信号量的值（需通过第四个参数传递）
GETALL获取集合中所有信号量的值
SETALL设置集合中所有信号量的值

参数传递中需要union semun的情况，并且必须要自己定义

union semun {int val;                // SETVAL操作时使用的值struct semid_ds *buf;   // IPC_STAT和IPC_SET操作时的缓冲区unsigned short *array;  // GETALL和SETALL操作时的数组struct seminfo *__buf;  // IPC_INFO操作时的内部数据结构（Linux特定）
};

示例

  1. 初始化信号量值
union semun arg;
arg.val = 1; // 设置初始值为1
semctl(semid, 0, SETVAL, arg);
  1. 获取信号量状态
struct semid_ds ds;
union semun arg;
arg.buf = &ds;
semctl(semid, 0, IPC_STAT, arg);
  1. 批量初始化复制
unsigned short values[3] = {1, 2, 3};
union semun arg;
arg.array = values;
semctl(semid, 0, SETALL, arg);

4.P/V操作

函数原型int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);
头文件#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>
参数semid：信号量集的标识符，由 semget 创建。sops：指向 sembuf 结构体数组的指针，定义操作类型。nsops：sops 数组的长度（操作数量）。
返回值成功时返回 0，失败返回 -1 并设置 errno（如 EIDRM 信号量被删除、EINTR 被中断）。

其中sops是由下图所示
在这里插入图片描述

struct sembuf {unsigned short sem_num; // 信号量编号（从0开始）short          sem_op;  // 操作类型：正数（V操作）、负数（P操作）、0（等待0）short          sem_flg; // 标志位，如 一般为0
};
http://www.xdnf.cn/news/1307287.html

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