目录
信号灯集
概念
操作步骤
函数接口
1.创建或打开信号灯集
2.初始化或删除信号灯集
3.pv操作
4.操作命令
消息队列
特点
步骤
函数接口
1.创建或打开消息队列
2.添加消息
3.读取消息
4.删除消息队列
5.操作命令
信号灯集
概念
信号灯(semaphore)，也叫信号量。它是不同进程间或一个给定进程内部不同线程间同步的机制；System V信号灯集是一个或者多个信号灯的一个集合。其中的每一个都是单独的计数信号灯。而Posix信号灯指的是单个计数信号灯。
通过信号灯集实现共享内存的同步操作
操作步骤
1.创建key值
2.创建或打开信号灯集 semget
3.初始化信号灯集 semctl
4.pv操作 semop
5.删除信号灯集 semctl
函数接口
1.创建或打开信号灯集
#include <sys/sem.h>
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
功能：创建/打开信号灯
参数：key：ftok产生的key值
nsems：信号灯集中包含的信号灯数目
semflg：信号灯集的访问权限，通常为IPC_CREAT |0666
返回值：成功：信号灯集ID
失败：-1
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <errno.h>int main(int argc, char const *argv[])
{key_t key;int semid;key = ftok("./test", 'a');if (key < 0){perror("创建key值失败");return -1;}semid = semget(key, 2, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);if (semid <= 0){if (errno == EEXIST){semid = semget(key, 2, 0666);}else{perror("创建信号灯集失败");return -1;}}printf("%d\n", semid);return 0;
}2.初始化或删除信号灯集
int semctl ( int semid, int semnum,int cmd，…/*union semun arg*/);
功能：信号灯集合的控制（初始化/删除）
参数:semid：信号灯集ID
semnum: 要操作的集合中的信号灯编号
cmd：
GETVAL：获取信号灯的值，返回值是获得值
SETVAL：设置信号灯的值，当cmd为SETVAL时，需要传递共用体
IPC_RMID：从系统中删除信号灯集合
返回值:成功 0
失败 -1
共用体格式：
union semun{
int val; /* 信号量的初值 */
struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */
struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO(Linux-specific) */
};
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <errno.h>union semun
{int val; /* 信号量的初值 */struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO(Linux-specific) */
};// 初始化
void seminit(int semid, int num, int val)
{union semun sem;sem.val = val;semctl(semid, num, SETVAL, sem);
}int main(int argc, char const *argv[])
{key_t key;int semid;key = ftok("./test", 'a');if (key < 0){perror("创建key值失败");return -1;}semid = semget(key, 2, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);if (semid <= 0){if (errno == EEXIST){semid = semget(key, 2, 0666);}else{perror("创建信号灯集失败");return -1;}}else // 初始化（只需要在创建时初始化即可，避免重复初始化）{seminit(semid, 0, 0);seminit(semid, 1, 1);}printf("sem1：%d\n", semctl(semid, 0, GETVAL));printf("sem2：%d\n", semctl(semid, 1, GETVAL));return 0;
}3.pv操作
int semop ( int semid, struct sembuf *opsptr, size_t nops);
功能：对信号灯集合中的信号量进行PV操作
参数：semid：信号灯集ID
opsptr:操作方式
nops: 要操作的信号灯的个数 1个
返回值：成功 ：0
失败：-1结构体格式：struct sembuf {
short sem_num; // 要操作的信号灯的编号
short sem_op; // 0 : 等待，直到信号灯的值变成0
// 1 : 释放资源，V操作
// -1 : 分配资源，P操作
short sem_flg; // 0（阻塞）,IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
};
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <errno.h>union semun
{int val; /* 信号量的初值 */struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO(Linux-specific) */
};// 初始化
void seminit(int semid, int num, int val)
{union semun sem;sem.val = val;semctl(semid, num, SETVAL, sem);
}// PV操作
void sempv(int semid, int num, int op)
{struct sembuf buf;buf.sem_num = num;buf.sem_op = op;buf.sem_flg = 0;semop(semid, &buf, 1);
}int main(int argc, char const *argv[])
{key_t key;int semid;key = ftok("./test", 'a');if (key < 0){perror("创建key值失败");return -1;}semid = semget(key, 2, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);if (semid <= 0){if (errno == EEXIST){semid = semget(key, 2, 0666);}else{perror("创建信号灯集失败");return -1;}}else // 初始化（只需要在创建时初始化即可，避免重复初始化）{seminit(semid, 0, 10);seminit(semid, 1, 10);}// P操作sempv(semid, 0, 1);// V操作sempv(semid, 1, -1);printf("sem1：%d\n", semctl(semid, 0, GETVAL));printf("sem2：%d\n", semctl(semid, 1, GETVAL));// 删除信号灯集semctl(semid, 0, IPC_RMID);return 0;
}4.操作命令
ipcs -s ：查看创建的信号灯集
ipcrm -s [semid]：删除信号灯集
练习：通过信号灯集和共享内存实现进程间通信，一个进程从终端输入数据，另一个进程打印数据，循环执行，当输入quit时循环结束
input.c:
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>union semun
{int val; /* 信号量的初值 */struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO(Linux-specific) */
};// 初始化
void seminit(int semid, int num, int val)
{union semun sem;sem.val = val;semctl(semid, num, SETVAL, sem);
}// PV操作
void sempv(int semid, int num, int op)
{struct sembuf buf;buf.sem_num = num;buf.sem_op = op;buf.sem_flg = 0;semop(semid, &buf, 1);
}int main(int argc, char const *argv[])
{key_t key;int semid;int shmid;char *p;key = ftok("./test", 'a');if (key < 0){perror("创建key值失败");return -1;}shmid = shmget(key, 64, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);if (shmid <= 0){if (errno == EEXIST){shmid = shmget(key, 64, 0666);}else{perror("创建共享内存失败");return -1;}}p = shmat(shmid, NULL, 0);if (p == (char *)-1){perror("映射共享内存失败");return -1;}semid = semget(key, 2, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);if (semid <= 0){if (errno == EEXIST){semid = semget(key, 2, 0666);}else{perror("创建信号灯集失败");return -1;}}else // 初始化（只需要在创建时初始化即可，避免重复初始化）{seminit(semid, 0, 0);seminit(semid, 1, 1);}while (1){// P操作// sempv(semid, 1, -1);scanf("%s", p);// V操作sempv(semid, 0, 1);if (strcmp(p, "quit") == 0){break;}}shmdt(p);return 0;
}output.c:
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>union semun
{int val; /* 信号量的初值 */struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO(Linux-specific) */
};// 初始化
void seminit(int semid, int num, int val)
{union semun sem;sem.val = val;semctl(semid, num, SETVAL, sem);
}// PV操作
void sempv(int semid, int num, int op)
{struct sembuf buf;buf.sem_num = num;buf.sem_op = op;buf.sem_flg = 0;semop(semid, &buf, 1);
}int main(int argc, char const *argv[])
{key_t key;int semid;int shmid;char *p;key = ftok("./test", 'a');if (key < 0){perror("创建key值失败");return -1;}shmid = shmget(key, 64, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);if (shmid <= 0){if (errno == EEXIST){shmid = shmget(key, 64, 0666);}else{perror("创建共享内存失败");return -1;}}p = shmat(shmid, NULL, 0);if (p == (char *)-1){perror("映射共享内存失败");return -1;}semid = semget(key, 2, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);if (semid <= 0){if (errno == EEXIST){semid = semget(key, 2, 0666);}else{perror("创建信号灯集失败");return -1;}}else // 初始化（只需要在创建时初始化即可，避免重复初始化）{seminit(semid, 0, 0);seminit(semid, 1, 1);}while (1){// P操作sempv(semid, 0, -1);if (strcmp(p, "quit") == 0){break;}// V操作// sempv(semid, 1, 1);printf("读取到的数据: %s\n", p);}shmdt(p);shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);semctl(semid, 0, IPC_RMID);return 0;
}消息队列
特点
1.消息队列就是一个消息的列表。用户可以在消息队列中添加消息、读取消息等。
2.消息队列可以按照类型来发送/接收消息
3.在linux下消息队列的大小有限制。
消息队列个数最多为16个；
消息队列总容量最多为16384字节；
每个消息内容最多为8192字节。
步骤
1.创建key值
2.创建或打开消息队列 msgget
3.添加信息 msgsnd
4.读取消息 msgrcv
5.删除消息队列 msgctl
函数接口
1.创建或打开消息队列
#include <sys/msg.h>
int msgget(key_t key, int flag);
功能：创建或打开一个消息队列
参数：key值
flag：创建消息队列的权限IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666
返回值：成功：返回msgid值
失败：-1
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <errno.h>int main(int argc, char const *argv[])
{key_t key;int msgid;key = ftok("./test", 'a');if (key < 0){perror("创建key值失败");return -1;}msgid = msgget(key, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);if (msgid <= 0){if (errno == EEXIST){msgid = msgget(key, 0666);}else{perror("创建消息队列失败");return -1;}}printf("%d\n", msgid);return 0;
}
2.添加消息
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t size, int flag);
功能：添加消息
参数：msqid：消息队列的ID
msgp：指向消息的指针。常用消息结构msgbuf如下：
struct msgbuf{
long mtype; //消息类型
char mtext[N]}； //消息正文
}
size：发送的消息正文的字节数
flag：IPC_NOWAIT：消息没有发送完成函数也会立即返回
0：直到发送完成函数才返回
返回值：成功：0
失败：-1
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <errno.h>struct msgbuf
{long mtype; // 消息类型char ch; // 消息正文int num;
};int main(int argc, char const *argv[])
{key_t key;int msgid;key = ftok("./test", 'a');if (key < 0){perror("创建key值失败");return -1;}msgid = msgget(key, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);if (msgid <= 0){if (errno == EEXIST){msgid = msgget(key, 0666);}else{perror("创建消息队列失败");return -1;}}// 添加消息struct msgbuf msg = {100, 'a', 10};msgsnd(msgid, &msg, sizeof(msg) - sizeof(long), 0);return 0;
}
3.读取消息
int msgrcv(int msgid, void* msgp, size_t size, long msgtype, int flag);
功能：读取消息
参数：msgid：消息队列的ID
msgp：存放读取消息的空间
size：接受的消息正文的字节数
msgtype：0：接收消息队列中第一个消息。
大于0：接收消息队列中第一个类型为msgtyp的消息.
小于0：接收消息队列中类型值不小于msgtyp的绝对值且类型值又最小的消息。
flag：0：若无消息函数会一直阻塞
IPC_NOWAIT：若没有消息，进程会立即返回ENOMSG
返回值：成功：接收到的消息的长度
失败：-1
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <errno.h>struct msgbuf
{long mtype; // 消息类型char ch; // 消息正文int num;
};int main(int argc, char const *argv[])
{key_t key;int msgid;key = ftok("./test", 'a');if (key < 0){perror("创建key值失败");return -1;}msgid = msgget(key, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);if (msgid <= 0){if (errno == EEXIST){msgid = msgget(key, 0666);}else{perror("创建消息队列失败");return -1;}}//添加消息struct msgbuf msg = {100, 'a', 10};msgsnd(msgid, &msg, sizeof(msg) - sizeof(long), 0);// 再添加一条消息msg.mtype = 200;msg.ch = 'b';msg.num = 20;msgsnd(msgid, &msg, sizeof(msg) - sizeof(long), 0);// 读信息struct msgbuf msg1;msgrcv(msgid, &msg1, sizeof(msg1) - sizeof(long),100, 0);printf("%c %d\n", msg1.ch, msg1.num);return 0;
}
4.删除消息队列
int msgctl ( int msgqid, int cmd, struct msqid_ds *buf );
功能：对消息队列的操作，删除消息队列
参数：msqid：消息队列的队列ID
cmd：
IPC_STAT：读取消息队列的属性，并将其保存在buf指向的缓冲区中。
IPC_SET：设置消息队列的属性。这个值取自buf参数。
IPC_RMID：从系统中删除消息队列。
buf：消息队列缓冲区
返回值：成功：0
失败：-1
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <errno.h>struct msgbuf
{long mtype; // 消息类型char ch; // 消息正文int num;
};int main(int argc, char const *argv[])
{key_t key;int msgid;key = ftok("./test", 'a');if (key < 0){perror("创建key值失败");return -1;}msgid = msgget(key, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);if (msgid <= 0){if (errno == EEXIST){msgid = msgget(key, 0666);}else{perror("创建消息队列失败");return -1;}}// 添加消息struct msgbuf msg = {100, 'a', 10};msgsnd(msgid, &msg, sizeof(msg) - sizeof(long), 0);// 再添加一条消息msg.mtype = 200;msg.ch = 'b';msg.num = 20;msgsnd(msgid, &msg, sizeof(msg) - sizeof(long), 0);// 读信息struct msgbuf msg1;msgrcv(msgid, &msg1, sizeof(msg1) - sizeof(long), 100, 0);printf("%c %d\n", msg1.ch, msg1.num);msgrcv(msgid, &msg1, sizeof(msg1) - sizeof(long), 200, 0);printf("%c %d\n", msg1.ch, msg1.num);// 删除消息队列msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);return 0;
}
5.操作命令
ipcs -q：查看消息队列
ipcrm -q msgid：删除消息队列
练习：两个进程通过消息队列进行通信，一个进程从终端输入下发的指令，另一个进程接收指令，并打印对应操作语句。
如果输入LEDON，另一个进程输出 “开灯”
如果输入LEDOFF，另一个进程输出 “关灯”
如果输入BEEPON，另一个进程输出 “开蜂鸣器”
如果输入BEEPOFF，另一个进程输出 “关蜂鸣器”
input.c:
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>struct msgbuf
{long mtype; // 消息类型char ch[100]; // 消息正文
};int main()
{key_t key;int msgid;key = ftok("./test", 'a');if (key < 0){perror("创建key值失败");return -1;}msgid = msgget(key, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);if (msgid <= 0){if (errno == EEXIST){msgid = msgget(key, 0666);}else{perror("创建消息队列失败");return -1;}}while (1){struct msgbuf msg;msg.mtype = 100;printf("请输入信号: ");scanf("%s", msg.ch);msgsnd(msgid, &msg, sizeof(msg.ch), 0);}return 0;
}
output.c:
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>struct msgbuf
{long mtype; // 消息类型char ch[100]; // 消息正文
};int main()
{key_t key;int msgid;key = ftok("./test", 'a');if (key < 0){perror("创建key值失败");return -1;}msgid = msgget(key, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);if (msgid <= 0){if (errno == EEXIST){msgid = msgget(key, 0666);}else{perror("创建消息队列失败");return -1;}}while (1){struct msgbuf msg1;msgrcv(msgid, &msg1, sizeof(msg1.ch), 100, 0);if (strcmp(msg1.ch, "LEDON") == 0){printf("开灯\n");}else if (strcmp(msg1.ch, "LEDOFF") == 0){printf("关灯\n");}else if (strcmp(msg1.ch, "BEEPON") == 0){printf("开蜂鸣器\n");}else if (strcmp(msg1.ch, "BEEPOFF") == 0){printf("关蜂鸣器\n");}}// 删除消息队列msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);return 0;
}
