XSI机制的进程间通信

标签：信号量共享内存 IPC int 间通信消息进程 XSI

1、XSI介绍：

什么是XSI：

X/Open国际联盟有限公司是一个欧洲基金会，它的建立是为了向UNIX环境提供标准，XSI是X/Open System Interface的缩写，也就是X/Open设计的系统接口。

X/Open的主要的目标是促进对UNIX系统、接口、网络和应用的开放式系统协议的制定。它还促进在不同的UNIX环境之间的应用程序的互操作性，以及支持对电气电子工程师协会对UNIX的可移植操作系统接口规范。

IPC对象：

它用于进程间通信的XSI-IPC内核对象,类似于匿名管道、文件内核对象一样,通过使用XSI方式进行进程间通信时，系统会在内核中创建出一个XSI-IPC内核对象，让通信的进程能够共同访问该内核对象
XSI-IPC对象只存在于内核空间，不会在文件系统中显示，该对象需要通过IPC键值来创建和获取

IPC键值：

用于创建\获取 IPC对象的凭证，是一个无符号的整数，相当于IPC对象的名字，类似于文件名
在创建IPC对象时，需要创建者提供一个IPC键值，有点类似给文件取名字，但是所有已经存在的IPC对象都在同一个作用域下，因此所有进程都可以访问到，所有有很大重名的风险，所以不建议创建者自己瞎想一个IPC键值去创建IPC对象，而应该使用操作系统提供的一个自动生成IPC键值的API

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

key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
功能：根据项目路劲和项目编号 自动生成一个ipc键值
pathname：建议提供当前项目的路径
proj_id：项目编号
返回值：会根据项目路径和编号来计算出一个IPC键值，但是只是根据字符串内容来计算，不会检查路径是否为假
注意：使用时，建议提供当前的正确的工作路径，以及不同的项目编号，就可以获得不同的IPC键值，通过不同的IPC键值来创建不同的IPC对象
但是获取时，需要拿到相同的IPC对象，因此需要拿相同的IPC键值，因此提供相同路径和编号即可获取

IPC描述符：

类似于文件描述符，是一个非负整数，它是IPC内核对象的给用户空间来访问的凭证

显示IPC对象命令：

ipcs -m  #查看共享内存IPC对象   memory
ipcs -q  #查看消息队列IPC对象   queue
ipcs -s  #查看信号量IPC对象     sem
ipcs -a  #查看所有的IPC对象

删除IPC对象命令：

ipcrm -m  id    #删除共享内存IPC对象
ipcrm -q  id    #删除消息队列IPC对象
ipcrm -s  id    #删除信号量IPC对象

2、共享内存：

基本原理：

在内核中开辟一块内存，可以让其它进程的虚拟地址与这块内存进行映射，从而达到让多个进程共享一块内存的目的，当一个进程向这块内存写数据时，其它进程就都可以读取到，这就达到了通信的目的
优点：这种通信方式不存在数据的复制，是最快的进程间通信方式
缺点：需要考虑同步访问的问题（用信号）

使用方式：

当一个进程向共享内存写入数据时，内核不会通知其他进程，进程从共享内存读取数据时，也无法分辨是否是通信的对方新写入的数据，为解决该问题，有以下方式：

读写：一个进程只负责写，另一个只负责读，这要负责读的进程使用的是最新即可，是一种单向通信
轮询：配合定时器或者闹钟，每隔一段时间就读取一次
中断：配合信号，进程只要往共享内存中写入数据，就给对方发送一个约定好的信号，其它进程如果已经读取完共享内存也可以发送一个约定好的信号

编程模型：

    进程A             进程B
  创建共享内存        获取共享内存
  映射共享内存        映射共享内存
  写数据并通知对方    接收到通知后读取数据
  接收到通知后读取数据 写数据并通知对方
  取消映射           取消映射
  删除共享内存

//  shmA.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>

static int shmid;
static char* shm;

//  接收到对方发送信号 才读取数据
void sigread(int num)
{
    printf("\nread:%s\n",shm);
    if(0 == strncmp(shm,"quit",4))
    {   
        printf("对方不想鸟你了\n");

        //  取消映射
        if(shmdt(shm))
        {
            perror("shmdt");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        //  删除共享内存
        if(shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL))
        {
            perror("shmctl");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }      
        //  必须结束进程 return没有用
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }   
}
int main(int argc,const char* argv[])
{
    signal(SIGRTMIN,sigread);
    printf("我是进程%u\n",getpid());

    //  创建共享内存
    shmid = shmget(ftok(".",110),4096,IPC_CREAT|0644);
    if(0 > shmid)
    {
        perror("shmget");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    //  映射共享内存
    shm = shmat(shmid,NULL,0);
    if((void*)-1 == shm)
    {
        perror("shmat");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    //  获取对方的进程id
    pid_t pid = 0;
    printf("请输入与我通信的进程ID:");
    scanf("%u",&pid);

    //  写入数据并通知对方
    for(;;)
    {
        printf(">>>");
        scanf("%s",shm);

        //  发送信号
        kill(pid,SIGRTMIN);
        if(0 == strncmp(shm,"quit",4))
        {
            printf("你终止通信了\n");
            break;
        }
    }

    //  取消映射
    if(shmdt(shm))
    {
        perror("shmdt");
        return EXIT_FAILURE;
    }
    //  删除共享内存
    if(shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL))
    {
        perror("shmctl");
        return EXIT_FAILURE;
    }
    return EXIT_SUCCESS;
}

3、消息队列：

基本原理：

由系统内核维护的一个链式队列，每个节点称为一条消息，每条消息由消息类型、数据、长度信息组成
和管道类似，可以双向通信，并且从中读取一个消息后，会自动出队，而且不是按照顺序读取，是按照消息类型读取

编程模型：

        进程A             进程B
    创建消息队列        获取消息队列
    发送消息(type:a)    接收消息(type:a)
    接收消息(type:b)    发送消息(type:b) 
    销毁消息队列

4、信号量

基本原理：

所谓信号量就是内核中维护的一个全局变量，当做计数器，用于计数多进程工作中的共享资源数，也是为了限制多进程对共享资源的使用
信号量是一种数据操作锁，本身是不具备数据交换通信功能的，而是通过控制其他进程的通信资源来协助实现进程间通信
- 假设操作系统中有n个共享资源，需要把信号量的值设置为n
- 当有m个进程需要以独占的形式使用k个共享资源，并且m*k>n，需要使用信号量
- 每个进程在使用共享资源之前先尝试执行信号量-1操作
- 如果信号量>0时，说明剩余共享资源够用，则-1后拿到共享资源去执行，当执行完毕后，需要把共享资源归还，信号量+1操作
- 如果信号量<=0时，说明共享资源不足，则进程阻塞等待，直到信号量的值>0,才重新唤醒后，继续尝试-1
注意：进程之间资源几乎都是相互独立的，共享资源很少，所以很少用到信号量

XSI机制的进程间通信

XSI机制的进程间通信

1、XSI介绍：

什么是XSI：

IPC对象：

IPC键值：

IPC描述符：

显示IPC对象命令：

删除IPC对象命令：

2、共享内存：

基本原理：

使用方式：

相关API：

编程模型：

3、消息队列：

基本原理：

相关API：

编程模型：

4、信号量

基本原理：

相关API：

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