标签：IPC int 间通信 实验 内核 printf 进程 include id
| 项目 | 内容 |
|---|---|
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| 学号-姓名 | <18043122-吴烨> |
| 作业学习目标 |
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pipe 函数打开的文件描述符是通过参数（数组）传递出来的，而返回值表示打开成功（0）或失败
（-1）。
它的参数是一个大小为 2 的数组。此数组的第 0 个元素用来接收以读的方式打开的描述符，而第 1 个元
素用来接收以写的方式打开的描述符。也就是说， pipefd[0] 是用于读的，而 pipefd[1] 是用于写
的。
打开了文件描述符后，就可以使用 read(pipefd[0]) 和 write(pipefd[1]) 来读写数据了。
注意事项
这两个分别用于读写的描述符必须同时打开才行，否则会出问题。
如果关闭读 ( close(pipefd[0]) ) 端保留写端，继续向写端 ( pipefd[1] ) 端写数据( write 函数)的进 程会收到 SIGPIPE 信号。 如果关闭写 ( close(pipefd[1]) ) 端保留读端，继续向读端 ( pipefd[0] ) 端读数据( read 函数)， read 函数会返回 0. 例题：父进程 fork 出一个子进程，通过无名管道向子进程发送字符，子进程收到数据后将字符串中的 小写字符转换成大写并输出。
2) 通过函数 mkfifo(3) 创建管道
man 3 mkfifo
c) fifo 文件特性
根据前面两个实验，可以总结：
文件属性前面标注的文件类型是 p ，代表管道
文件大小是 0
fifo 文件需要有读写两端，否则在打开 fifo 文件时会阻塞
当然了，如果在 open 的时候，使用了非阻塞方式，肯定是不会阻塞的。特别地，如果以非阻塞写的方
式 open ，同时没有进程为该文件以读的方式打开，会导致 open 返回错误(-1)，同时 errno 设置成
ENXIO .
例题：编写两个程序，分别是发送端 pipe_send 和接收端面 pipe_recv 。程序 pipe_send 从标准
输入接收字符，并发送到程序 pipe_recv ，同时 pipe_recv 将接收到的字符打印到屏幕。
// pipe_send.c
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
int main() {
char buf[64];
int n = 0;
int fd = open("hello", O_WRONLY);
if (fd < 0) {
perror("open fifo");
return -1;
}
puts("has opend fifo");
while((n = read(STDIN_FILENO, buf, 64)) > 0) {
write(fd, buf, n);
if (buf[0] == 'q')
break;
}
close(fd);
return 0;
}
现在两个终端都处于阻塞状态，我们在运行 pipe_send 的终端输入数据，然后我们就可以在运行
pipe_recv 的终端看到相应的输出：
进程空间的高 1G 空间（ 3GB-4GB ）是内核空间，该空间中保存了所有的 IPC 内核对象。上图给 出不同的 IPC 内核对象在内存中的布局（以数组的方式），实际操作系统的实现并不一定是数组，也 可能是链表或者其它数据结构等等。每个内核对象都有自己的 id 号（数组的索引）。此 id 号可以被 用户空间使用。所以只要用户空间知道了内核对象的 id 号，就可以操控内核对象了。 为了能够得到内核对象的 id 号，用户程序需要提供键值—— key ，它的类型是 key_t （ int 整 型）。系统调用函数（ shmget , msgget 和 semget ）根据 key ，就可以查找到你需要的内核 id 号。在内核创建完成后，就已经有一个唯一的 key 值和它绑定起来了，也就是说 key 和内核对象是一 一对应的关系。（ key = 0 为特殊的键，它不能用来查找内核对象） 创建 IPC 内核对象 man 2 shmget
man 2 msgget
man 2 semget
在创建 IPC 内核对象时，用户程序一定需要提供 key 值才行。实际上，创建 IPC 内核对象的函数和获 取内核对象 id 的函数是一样的，都是使用 get 后缀函数。比如在键值 0x8888 上创建 ipc 内核对象， 并获取其 id ，应该像下面这样： // 在 0x8888 这个键上创建内核对象，权限为 0644，如果已经存在就返回错误。 int id = shmget(0x8888, 4096, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0644); int id = msgget(0x8888, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0644); int id = semget(0x8888, 1, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0644); // 第二个参数表示创建 几个信号量 例题：程序 ipccreate 用于在指定的键值上创建 ipc 内核对象。使用格式为 ./ipccreate ，比如 ./ipccreate 0 0x8888 表示在键值 0x8888 上创建共享内存。 // ipccreate.c #include <unistd.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> #include <sys/msg.h> #include <sys/sem.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> int main(int argc, char* argv[]) { if (argc < 3) { printf("%s <ipc type> <key>\n", argv[0]); return -1; } key_t key = strtoll(argv[2], NULL, 16);//key char type = argv[1][0];// char buf[64]; int id; if (type == '0') {//创建共享内存 id = shmget(key, getpagesize(), IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0644); strcpy(buf, "share memory"); } else if (type == '1') {//创建消息队列 id = msgget(key, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0644); strcpy(buf, "message queue"); } else if (type == '2') {//创建信号量 id = semget(key, 5, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0644); strcpy(buf, "semaphore"); } else { printf("type must be 0, 1, or 2\n"); return -1; } if (id < 0) { perror("get error"); return -1; } printf("create %s at 0x%x, id = %d\n", buf, key, id); return 0; }
man 2 shmctl
例题：编写一个程序 shmctl 可以用来创建、删除内核对象，也可以挂接、卸载共享内存，还可以打
印、设置内核对象信息。具体使用方法具体见下面的说明：
./shmctl -c : 创建内核对象。
./shmctl -d : 删除内核对象。
./shmctl -v : 显示内核对象信息。
./shmctl -s : 设置内核对象（将权限设置为 0600 ）。
./shmctl -a : 挂接和卸载共享内存（挂接 5 秒后，再执行 shmdt ，然后退出）。
// shmctl.c
#include <unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define ASSERT(res) if((res)<0){perror(__FUNCTION__);exit(-1);}
// 打印 ipc_perm
void printPerm(struct ipc_perm *perm) {
printf("euid of owner = %d\n", perm->uid);
printf("egid of owner = %d\n", perm->gid);
printf("euid of creator = %d\n", perm->cuid);
printf("egid of creator = %d\n", perm->cgid);
printf("mode = 0%o\n", perm->mode);
}
// 打印 ipc 内核对象信息
void printShmid(struct shmid_ds *shmid) {
printPerm(&shmid->shm_perm);
printf("segment size = %d\n", shmid->shm_segsz);
printf("last attach time = %s", ctime(&shmid->shm_atime));
printf("last detach time = %s", ctime(&shmid->shm_dtime));
printf("last change time = %s", ctime(&shmid->shm_ctime));
printf("pid of creator = %d\n", shmid->shm_cpid);
printf("pid of last shmat/shmdt = %d\n", shmid->shm_lpid);
printf("No. of current attaches = %ld\n", shmid->shm_nattch);
}
// 创建 ipc 内核对象
void create() {
int id = shmget(0x8888, 123, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0664);
printf("create %d\n", id);
ASSERT(id);
}
// IPC_STAT 命令使用，用来获取 ipc 内核对象信息
void show() {
int id = shmget(0x8888, 0, 0);
ASSERT(id);
struct shmid_ds shmid;
ASSERT(shmctl(id, IPC_STAT, &shmid));
printShmid(&shmid);
}
// IPC_SET 命令使用，用来设置 ipc 内核对象信息
void set() {
int id = shmget(0x8888, 123, IPC_CREAT | 0664);
ASSERT(id);
struct shmid_ds shmid;
ASSERT(shmctl(id, IPC_STAT, &shmid));
shmid.shm_perm.mode = 0600;
ASSERT(shmctl(id, IPC_SET, &shmid));
printf("set %d\n", id);
}
// IPC_RMID 命令使用，用来删除 ipc 内核对象
void rm() {
int id = shmget(0x8888, 123, IPC_CREAT | 0664);
ASSERT(id);
ASSERT(shmctl(id, IPC_RMID, NULL));
printf("remove %d\n", id);
}
// 挂接和卸载
void at_dt() {
int id = shmget(0x8888, 123, IPC_CREAT | 0664);
ASSERT(id);
char *buf = shmat(id, NULL, 0);
if (buf == (char*)-1) ASSERT(-1);
printf("shmat %p\n", buf);
sleep(5); // 等待 5 秒后，执行 shmdt
ASSERT(shmdt(buf));
printf("shmdt %p\n", buf);
}
int main(int argc, char *argv[]) {
if (argc < 2) {
printf("usage: %s <option -c -v -s -d -a>\n", argv[0]);
return -1;
}
printf("I'm %d\n", getpid());
if (!strcmp(argv[1], "-c")) {
create();
}
else if (!strcmp(argv[1], "-v")) {
show();
}
else if (!strcmp(argv[1], "-s")) {
set();
}
else if (!strcmp(argv[1], "-d")) {
rm();
}
else if (!strcmp(argv[1], "-a")) {
at_dt();
}
return 0;
}
其中数字 1 表示类型为 1 的消息，数字2、3、4 类似。彩色块表示消息数据，它们被挂在对应类型的链
表上。值得注意的是，刚刚说过没有消息类型为 0 的消息，实际上，消息类型为 0 的链表记录了所有消
息加入队列的顺序，其中红色箭头表示消息加入的顺序。
消息队列相关的函数
man 2 msgop
msg_recv 程序接收一个参数，表示接收哪种类型的消息。比如 ./msg_recv 4 表示接收类型为 4 的消
息，并打印在屏幕。
// msg_recv.c
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#define ASSERT(prompt,res) if((res)<0){perror(#prompt);exit(-1);}
typedef struct {
char name[20];
int age;
}Person;
typedef struct {
long type;
Person person;
}Msg;
void printMsg(Msg *msg) {
printf("{ type = %ld, name = %s, age = %d }\n",
msg->type, msg->person.name, msg->person.age);
}
int main(int argc, char *argv[]) {
if (argc < 2) {
printf("usage: %s <type>\n", argv[0]);
return -1;
}
// 要获取的消息类型
long type = atol(argv[1]);
// 获取 ipc 内核对象 id
int id = msgget(0x8888, 0);
// 如果错误就退出
ASSERT(msgget, id);
Msg msg;
int res;
while(1) {
// 以非阻塞的方式接收类型为 type 的消息
res = msgrcv(id, &msg, sizeof(Person), type, IPC_NOWAIT);
if (res < 0) {
// 如果消息接收完毕就退出，否则报错并退出
if (errno == ENOMSG) {
printf("No message!\n");
break;
}
else {
ASSERT(msgrcv, res);
}
}
// 打印消息内容
printMsg(&msg);
}
return 0;
}
先运行 ./msg_send ，再运行 ./msg_recv 。 接收所有消息:
接收类型为 4 的消息,这时要重新运行 ./msg_send :
接收类型小于等于 3 的所有消息,这是不用再运行 ./msg_send :
还有一个函数来操作消息队列内核对象的
man 2 msgctl
5. 信号量
设置和获取信号量值的函数 semctl :
man 2 semctl
请求和释放信号量 semop
man 2 semop
struct sembuf { unsigned short sem_num; /* semaphore number */ short sem_op; /* semaphore operation */ short sem_flg; /* operation flags */ } 例题：信号量操作 示例 #include <unistd.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/sem.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define R0 0 #define R1 1 #define R2 2 void printSem(int id) { unsigned short vals[3] = { 0 }; semctl(id, 3, GETALL, vals); printf("R0 = %d, R1= %d, R2 = %d\n\n", vals[0], vals[1], vals[2]); } int main() { int id = semget(0x8888, 3, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0664); // 打印信号量值 puts("信号量初始值（默认值）"); printSem(id); // 1. 设置第 2 个信号量值 puts("1. 设置第 2 个信号量(R2)值为 20"); semctl(id, 2, SETVAL, 20); printSem(id); // 2. 同时设置 3 个信号量的值 puts("2. 同时设置 3 个信号量的值为 12, 5, 9"); unsigned short vals[3] = {12, 5, 9}; semctl(id, 0, SETALL, vals); printSem(id); // 3. 请求 2 个 R0 资源 puts("3. 请求 2 个 R0 资源"); struct sembuf op1 = {0, -2, 0}; semop(id, &op1, 1); printSem(id); // 4. 请求 3 个 R1 和 5 个 R2 puts("4. 请求 3 个 R1 和 5 个 R2"); struct sembuf ops1[2] = { {1, -3, 0}, {2, -5, 0} }; semop(id, ops1, 2); printSem(id); // 5. 释放 2 个 R1 puts("5. 释放 2 个 R1"); struct sembuf op2 = {1, 2, 0}; semop(id, &op2, 1); printSem(id); // 6. 释放 1 个 R0, 1 个 R1，3 个 R2 puts("6. 释放 1 个 R0, 1 个 R1，3 个 R2"); struct sembuf ops2[3] = { {0, 1, 0}, {1, 1, 0}, {2, 3, 0} }; semop(id, ops2, 3); printSem(id); // 7. 删除 ipc 内核对象 puts("7. 删除 ipc 内核对象"); semctl(id, 0, IPC_RMID); return 0; }
例题：使用信号量实现父子进程之间的同步，防止父子进程抢夺 CPU 。 #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/sem.h> static int semid; static void sem_set(){ if(semctl(semid,0,SETVAL,1)==-1) { perror("semctl"); exit(1); } } static void sem_p(){ struct sembuf op = {0,-1,0}; if(semop(semid,&op,1) == -1){ perror("semop"); exit(1); } } static void sem_v(){ struct sembuf op = {0,1,0}; if(semop(semid,&op,1) == -1){ perror("semop"); exit(1); } } static void sem_del(){ if(semctl(semid,0,IPC_RMID) == -1){ perror("semctl"); exit(1); } } int main(){ int i; pid_t pid; char ch = 'C'; semid = semget((key_t)1000,1,0664|IPC_CREAT); if(semid == -1){ perror("semget"); exit(1); } sem_set(); pid = fork(); if(pid == -1){ sem_del(); exit(1); } else if (pid == 0) ch = 'Z'; else ch = 'C'; srand((unsigned int)getpid()); for(i=0;i<8;i++) { sem_p();// printf("%c",ch); fflush(stdout); sleep(rand()%4); printf("%c",ch); fflush(stdout); sleep(1); sem_v();// } if(pid > 0) { wait(NULL); sem_del(); } printf("\n"); return 0; }
这里可以看到字符是成对出现的，如果大家修改程序把57行 sem_p(); 和64行 sem_v(); 注释掉，在编译 运行会发现字符可能就不会成对出现了，这里就是用信号量来帮我们实现进程间的同步的。
标签：IPC,int,间通信,实验,内核,printf,进程,include,id 来源： https://www.cnblogs.com/5spsrkle/p/14876422.html
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