进程间的五种通信方式介绍

flyfish 2021年05月25日程序员 320 0

进程间通信（IPC，InterProcess Communication）是指在不同进程之间传播或交换信息。

IPC的方式通常有管道（包括无名管道和命名管道）、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。

以Linux中的C语言编程为例。

一、管道

管道，通常指无名管道，是 UNIX 系统IPC最古老的形式。

1、特点：

它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端。
它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）。
它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write 等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。

一、管道

管道，通常指无名管道，是 UNIX 系统IPC最古老的形式。

1、特点：

它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端。
它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）。
它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write 等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。

2、原型：

1 #include <unistd.h> 
2 int pipe(int fd[2]);    // 返回值：若成功返回0，失败返回-1

当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符：fd[0]为读而打开，fd[1]为写而打开。如下图：

要关闭管道只需将这两个文件描述符关闭即可。

3、例子

单个进程中的管道几乎没有任何用处。所以，通常调用 pipe 的进程接着调用 fork，这样就创建了父进程与子进程之间的 IPC 通道。如下图所示：

若要数据流从父进程流向子进程，则关闭父进程的读端（fd[0]）与子进程的写端（fd[1]）；反之，则可以使数据流从子进程流向父进程。

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 1 #include<stdio.h> 
 2 #include<unistd.h> 
 3  
 4 int main() 
 5 { 
 6     int fd[2];  // 两个文件描述符 
 7     pid_t pid; 
 8     char buff[20]; 
 9  
10     if(pipe(fd) < 0)  // 创建管道 
11         printf("Create Pipe Error!\n"); 
12  
13     if((pid = fork()) < 0)  // 创建子进程 
14         printf("Fork Error!\n"); 
15     else if(pid > 0)  // 父进程 
16     { 
17         close(fd[0]); // 关闭读端 
18         write(fd[1], "hello world\n", 12); 
19     } 
20     else 
21     { 
22         close(fd[1]); // 关闭写端 
23         read(fd[0], buff, 20); 
24         printf("%s", buff); 
25     } 
26  
27     return 0; 
28 }

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二、FIFO

FIFO，也称为命名管道，它是一种文件类型。

1、特点

FIFO可以在无关的进程之间交换数据，与无名管道不同。
FIFO有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。

2、原型

1 #include <sys/stat.h> 
2 // 返回值：成功返回0，出错返回-1 
3 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

其中的 mode 参数与open函数中的 mode 相同。一旦创建了一个 FIFO，就可以用一般的文件I/O函数操作它。

当 open 一个FIFO时，是否设置非阻塞标志（O_NONBLOCK）的区别：

若没有指定O_NONBLOCK（默认），只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO。类似的，只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它。
若指定了O_NONBLOCK，则只读 open 立即返回。而只写 open 将出错返回 -1 如果没有进程已经为读而打开该 FIFO，其errno置ENXIO。

3、例子

FIFO的通信方式类似于在进程中使用文件来传输数据，只不过FIFO类型文件同时具有管道的特性。在数据读出时，FIFO管道中同时清除数据，并且“先进先出”。下面的例子演示了使用 FIFO 进行 IPC 的过程：

write_fifo.c

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 1 #include<stdio.h> 
 2 #include<stdlib.h>   // exit 
 3 #include<fcntl.h>    // O_WRONLY 
 4 #include<sys/stat.h> 
 5 #include<time.h>     // time 
 6  
 7 int main() 
 8 { 
 9     int fd; 
10     int n, i; 
11     char buf[1024]; 
12     time_t tp; 
13  
14     printf("I am %d process.\n", getpid()); // 说明进程ID 
15      
16     if((fd = open("fifo1", O_WRONLY)) < 0) // 以写打开一个FIFO  
17     { 
18         perror("Open FIFO Failed"); 
19         exit(1); 
20     } 
21  
22     for(i=0; i<10; ++i) 
23     { 
24         time(&tp);  // 取系统当前时间 
25         n=sprintf(buf,"Process %d's time is %s",getpid(),ctime(&tp)); 
26         printf("Send message: %s", buf); // 打印 
27         if(write(fd, buf, n+1) < 0)  // 写入到FIFO中 
28         { 
29             perror("Write FIFO Failed"); 
30             close(fd); 
31             exit(1); 
32         } 
33         sleep(1);  // 休眠1秒 
34     } 
35  
36     close(fd);  // 关闭FIFO文件 
37     return 0; 
38 }

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read_fifo.c

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 1 #include<stdio.h> 
 2 #include<stdlib.h> 
 3 #include<errno.h> 
 4 #include<fcntl.h> 
 5 #include<sys/stat.h> 
 6  
 7 int main() 
 8 { 
 9     int fd; 
10     int len; 
11     char buf[1024]; 
12  
13     if(mkfifo("fifo1", 0666) < 0 && errno!=EEXIST) // 创建FIFO管道 
14         perror("Create FIFO Failed"); 
15  
16     if((fd = open("fifo1", O_RDONLY)) < 0)  // 以读打开FIFO 
17     { 
18         perror("Open FIFO Failed"); 
19         exit(1); 
20     } 
21      
22     while((len = read(fd, buf, 1024)) > 0) // 读取FIFO管道 
23         printf("Read message: %s", buf); 
24  
25     close(fd);  // 关闭FIFO文件 
26     return 0; 
27 }

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在两个终端里用 gcc 分别编译运行上面两个文件，可以看到输出结果如下：

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 1 [cheesezh@localhost]$ ./write_fifo  
 2 I am 5954 process. 
 3 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:28 2015 
 4 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:29 2015 
 5 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:30 2015 
 6 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:31 2015 
 7 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:32 2015 
 8 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:33 2015 
 9 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:34 2015 
10 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:35 2015 
11 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:36 2015 
12 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:37 2015

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 1 [cheesezh@localhost]$ ./read_fifo  
 2 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:28 2015 
 3 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:29 2015 
 4 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:30 2015 
 5 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:31 2015 
 6 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:32 2015 
 7 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:33 2015 
 8 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:34 2015 
 9 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:35 2015 
10 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:36 2015 
11 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:37 2015

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上述例子可以扩展成客户进程—服务器进程通信的实例，write_fifo的作用类似于客户端，可以打开多个客户端向一个服务器发送请求信息，read_fifo类似于服务器，它适时监控着FIFO的读端，当有数据时，读出并进行处理，但是有一个关键的问题是，每一个客户端必须预先知道服务器提供的FIFO接口，下图显示了这种安排：

三、消息队列

消息队列，是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标识。

1、特点

消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。
消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除。
消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。

2、原型

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1 #include <sys/msg.h> 
2 // 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1 
3 int msgget(key_t key, int flag); 
4 // 添加消息：成功返回0，失败返回-1 
5 int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag); 
6 // 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1 
7 int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag); 
8 // 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1 
9 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

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在以下两种情况下，msgget将创建一个新的消息队列：

如果没有与键值key相对应的消息队列，并且flag中包含了IPC_CREAT标志位。
key参数为IPC_PRIVATE。

函数msgrcv在读取消息队列时，type参数有下面几种情况：

type == 0，返回队列中的第一个消息；
type > 0，返回队列中消息类型为 type 的第一个消息；
type < 0，返回队列中消息类型值小于或等于 type 绝对值的消息，如果有多个，则取类型值最小的消息。

可以看出，type值非 0 时用于以非先进先出次序读消息。也可以把 type 看做优先级的权值。（其他的参数解释，请自行Google之）

3、例子

下面写了一个简单的使用消息队列进行IPC的例子，服务端程序一直在等待特定类型的消息，当收到该类型的消息以后，发送另一种特定类型的消息作为反馈，客户端读取该反馈并打印出来。

msg_server.c

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 1 #include <stdio.h> 
 2 #include <stdlib.h> 
 3 #include <sys/msg.h> 
 4  
 5 // 用于创建一个唯一的key 
 6 #define MSG_FILE "/etc/passwd" 
 7  
 8 // 消息结构 
 9 struct msg_form { 
10     long mtype; 
11     char mtext[256]; 
12 }; 
13  
14 int main() 
15 { 
16     int msqid; 
17     key_t key; 
18     struct msg_form msg; 
19      
20     // 获取key值 
21     if((key = ftok(MSG_FILE,'z')) < 0) 
22     { 
23         perror("ftok error"); 
24         exit(1); 
25     } 
26  
27     // 打印key值 
28     printf("Message Queue - Server key is: %d.\n", key); 
29  
30     // 创建消息队列 
31     if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1) 
32     { 
33         perror("msgget error"); 
34         exit(1); 
35     } 
36  
37     // 打印消息队列ID及进程ID 
38     printf("My msqid is: %d.\n", msqid); 
39     printf("My pid is: %d.\n", getpid()); 
40  
41     // 循环读取消息 
42     for(;;)  
43     { 
44         msgrcv(msqid, &msg, 256, 888, 0);// 返回类型为888的第一个消息 
45         printf("Server: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext); 
46         printf("Server: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype); 
47  
48         msg.mtype = 999; // 客户端接收的消息类型 
49         sprintf(msg.mtext, "hello, I'm server %d", getpid()); 
50         msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0); 
51     } 
52     return 0; 
53 }

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msg_client.c

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 1 #include <stdio.h> 
 2 #include <stdlib.h> 
 3 #include <sys/msg.h> 
 4  
 5 // 用于创建一个唯一的key 
 6 #define MSG_FILE "/etc/passwd" 
 7  
 8 // 消息结构 
 9 struct msg_form { 
10     long mtype; 
11     char mtext[256]; 
12 }; 
13  
14 int main() 
15 { 
16     int msqid; 
17     key_t key; 
18     struct msg_form msg; 
19  
20     // 获取key值 
21     if ((key = ftok(MSG_FILE, 'z')) < 0)  
22     { 
23         perror("ftok error"); 
24         exit(1); 
25     } 
26  
27     // 打印key值 
28     printf("Message Queue - Client key is: %d.\n", key); 
29  
30     // 打开消息队列 
31     if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)  
32     { 
33         perror("msgget error"); 
34         exit(1); 
35     } 
36  
37     // 打印消息队列ID及进程ID 
38     printf("My msqid is: %d.\n", msqid); 
39     printf("My pid is: %d.\n", getpid()); 
40  
41     // 添加消息，类型为888 
42     msg.mtype = 888; 
43     sprintf(msg.mtext, "hello, I'm client %d", getpid()); 
44     msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0); 
45  
46     // 读取类型为777的消息 
47     msgrcv(msqid, &msg, 256, 999, 0); 
48     printf("Client: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext); 
49     printf("Client: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype); 
50     return 0; 
51 }

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四、信号量

信号量（semaphore）与已经介绍过的 IPC 结构不同，它是一个计数器。信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。

1、特点

信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存。
信号量基于操作系统的 PV 操作，程序对信号量的操作都是原子操作。
每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，而且可以加减任意正整数。
支持信号量组。

2、原型

最简单的信号量是只能取 0 和 1 的变量，这也是信号量最常见的一种形式，叫做二值信号量（Binary Semaphore）。而可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。

Linux 下的信号量函数都是在通用的信号量数组上进行操作，而不是在一个单一的二值信号量上进行操作。

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1 #include <sys/sem.h> 
2 // 创建或获取一个信号量组：若成功返回信号量集ID，失败返回-1 
3 int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags); 
4 // 对信号量组进行操作，改变信号量的值：成功返回0，失败返回-1 
5 int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);   
6 // 控制信号量的相关信息 
7 int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);

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当semget创建新的信号量集合时，必须指定集合中信号量的个数（即num_sems），通常为1；如果是引用一个现有的集合，则将num_sems指定为 0 。

在semop函数中，sembuf结构的定义如下：

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1 struct sembuf  
2 { 
3     short sem_num; // 信号量组中对应的序号，0～sem_nums-1 
4     short sem_op;  // 信号量值在一次操作中的改变量 
5     short sem_flg; // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO 
6 }

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其中 sem_op 是一次操作中的信号量的改变量：

若sem_op > 0，表示进程释放相应的资源数，将 sem_op 的值加到信号量的值上。如果有进程正在休眠等待此信号量，则换行它们。
若sem_op < 0，请求 sem_op 的绝对值的资源。
- 如果相应的资源数可以满足请求，则将该信号量的值减去sem_op的绝对值，函数成功返回。
- 当相应的资源数不能满足请求时，这个操作与sem_flg有关。
  - sem_flg 指定IPC_NOWAIT，则semop函数出错返回EAGAIN。
  - sem_flg 没有指定IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：
    1. 当相应的资源数可以满足请求，此信号量的semncnt值减1，该信号量的值减去sem_op的绝对值。成功返回；
    2. 此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
    3. 进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，此情况下将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR
若sem_op == 0，进程阻塞直到信号量的相应值为0：
- 当信号量已经为0，函数立即返回。
- 如果信号量的值不为0，则依据sem_flg决定函数动作：
  - sem_flg指定IPC_NOWAIT，则出错返回EAGAIN。
  - sem_flg没有指定IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：
    1. 信号量值为0，将信号量的semzcnt的值减1，函数semop成功返回；
    2. 此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
    3. 进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，在此情况将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR

在semctl函数中的命令有多种，这里就说两个常用的：

SETVAL：用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。
IPC_RMID：删除一个信号量集合。如果不删除信号量，它将继续在系统中存在，即使程序已经退出，它可能在你下次运行此程序时引发问题，而且信号量是一种有限的资源。

3、例子

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  1 #include<stdio.h> 
  2 #include<stdlib.h> 
  3 #include<sys/sem.h> 
  4  
  5 // 联合体，用于semctl初始化 
  6 union semun 
  7 { 
  8     int              val; /*for SETVAL*/ 
  9     struct semid_ds *buf; 
 10     unsigned short  *array; 
 11 }; 
 12  
 13 // 初始化信号量 
 14 int init_sem(int sem_id, int value) 
 15 { 
 16     union semun tmp; 
 17     tmp.val = value; 
 18     if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1) 
 19     { 
 20         perror("Init Semaphore Error"); 
 21         return -1; 
 22     } 
 23     return 0; 
 24 } 
 25  
 26 // P操作: 
 27 //    若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1  
 28 //    若信号量值为0，进程挂起等待 
 29 int sem_p(int sem_id) 
 30 { 
 31     struct sembuf sbuf; 
 32     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/ 
 33     sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/ 
 34     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO; 
 35  
 36     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1) 
 37     { 
 38         perror("P operation Error"); 
 39         return -1; 
 40     } 
 41     return 0; 
 42 } 
 43  
 44 // V操作： 
 45 //    释放资源并将信号量值+1 
 46 //    如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们 
 47 int sem_v(int sem_id) 
 48 { 
 49     struct sembuf sbuf; 
 50     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/ 
 51     sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/ 
 52     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO; 
 53  
 54     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1) 
 55     { 
 56         perror("V operation Error"); 
 57         return -1; 
 58     } 
 59     return 0; 
 60 } 
 61  
 62 // 删除信号量集 
 63 int del_sem(int sem_id) 
 64 { 
 65     union semun tmp; 
 66     if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1) 
 67     { 
 68         perror("Delete Semaphore Error"); 
 69         return -1; 
 70     } 
 71     return 0; 
 72 } 
 73  
 74  
 75 int main() 
 76 { 
 77     int sem_id;  // 信号量集ID 
 78     key_t key;   
 79     pid_t pid; 
 80  
 81     // 获取key值 
 82     if((key = ftok(".", 'z')) < 0) 
 83     { 
 84         perror("ftok error"); 
 85         exit(1); 
 86     } 
 87  
 88     // 创建信号量集，其中只有一个信号量 
 89     if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1) 
 90     { 
 91         perror("semget error"); 
 92         exit(1); 
 93     } 
 94  
 95     // 初始化：初值设为0资源被占用 
 96     init_sem(sem_id, 0); 
 97  
 98     if((pid = fork()) == -1) 
 99         perror("Fork Error"); 
100     else if(pid == 0) /*子进程*/  
101     { 
102         sleep(2); 
103         printf("Process child: pid=%d\n", getpid()); 
104         sem_v(sem_id);  /*释放资源*/ 
105     } 
106     else  /*父进程*/ 
107     { 
108         sem_p(sem_id);   /*等待资源*/ 
109         printf("Process father: pid=%d\n", getpid()); 
110         sem_v(sem_id);   /*释放资源*/ 
111         del_sem(sem_id); /*删除信号量集*/ 
112     } 
113     return 0; 
114 }

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上面的例子如果不加信号量，则父进程会先执行完毕。这里加了信号量让父进程等待子进程执行完以后再执行。

五、共享内存

共享内存（Shared Memory），指两个或多个进程共享一个给定的存储区。

1、特点

共享内存是最快的一种 IPC，因为进程是直接对内存进行存取。
因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步。
信号量+共享内存通常结合在一起使用，信号量用来同步对共享内存的访问。

2、原型

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1 #include <sys/shm.h> 
2 // 创建或获取一个共享内存：成功返回共享内存ID，失败返回-1 
3 int shmget(key_t key, size_t size, int flag); 
4 // 连接共享内存到当前进程的地址空间：成功返回指向共享内存的指针，失败返回-1 
5 void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag); 
6 // 断开与共享内存的连接：成功返回0，失败返回-1 
7 int shmdt(void *addr);  
8 // 控制共享内存的相关信息：成功返回0，失败返回-1 
9 int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);

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当用shmget函数创建一段共享内存时，必须指定其 size；而如果引用一个已存在的共享内存，则将 size 指定为0 。

当一段共享内存被创建以后，它并不能被任何进程访问。必须使用shmat函数连接该共享内存到当前进程的地址空间，连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间，随后可像本地空间一样访问。

shmdt函数是用来断开shmat建立的连接的。注意，这并不是从系统中删除该共享内存，只是当前进程不能再访问该共享内存而已。

shmctl函数可以对共享内存执行多种操作，根据参数 cmd 执行相应的操作。常用的是IPC_RMID（从系统中删除该共享内存）。

3、例子

下面这个例子，使用了【共享内存+信号量+消息队列】的组合来实现服务器进程与客户进程间的通信。

共享内存用来传递数据；
信号量用来同步；
消息队列用来在客户端修改了共享内存后通知服务器读取。

server.c

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  1 #include<stdio.h> 
  2 #include<stdlib.h> 
  3 #include<sys/shm.h>  // shared memory 
  4 #include<sys/sem.h>  // semaphore 
  5 #include<sys/msg.h>  // message queue 
  6 #include<string.h>   // memcpy 
  7  
  8 // 消息队列结构 
  9 struct msg_form { 
 10     long mtype; 
 11     char mtext; 
 12 }; 
 13  
 14 // 联合体，用于semctl初始化 
 15 union semun 
 16 { 
 17     int              val; /*for SETVAL*/ 
 18     struct semid_ds *buf; 
 19     unsigned short  *array; 
 20 }; 
 21  
 22 // 初始化信号量 
 23 int init_sem(int sem_id, int value) 
 24 { 
 25     union semun tmp; 
 26     tmp.val = value; 
 27     if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1) 
 28     { 
 29         perror("Init Semaphore Error"); 
 30         return -1; 
 31     } 
 32     return 0; 
 33 } 
 34  
 35 // P操作: 
 36 //  若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1  
 37 //  若信号量值为0，进程挂起等待 
 38 int sem_p(int sem_id) 
 39 { 
 40     struct sembuf sbuf; 
 41     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/ 
 42     sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/ 
 43     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO; 
 44  
 45     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1) 
 46     { 
 47         perror("P operation Error"); 
 48         return -1; 
 49     } 
 50     return 0; 
 51 } 
 52  
 53 // V操作： 
 54 //  释放资源并将信号量值+1 
 55 //  如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们 
 56 int sem_v(int sem_id) 
 57 { 
 58     struct sembuf sbuf; 
 59     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/ 
 60     sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/ 
 61     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO; 
 62  
 63     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1) 
 64     { 
 65         perror("V operation Error"); 
 66         return -1; 
 67     } 
 68     return 0; 
 69 } 
 70  
 71 // 删除信号量集 
 72 int del_sem(int sem_id) 
 73 { 
 74     union semun tmp; 
 75     if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1) 
 76     { 
 77         perror("Delete Semaphore Error"); 
 78         return -1; 
 79     } 
 80     return 0; 
 81 } 
 82  
 83 // 创建一个信号量集 
 84 int creat_sem(key_t key) 
 85 { 
 86     int sem_id; 
 87     if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1) 
 88     { 
 89         perror("semget error"); 
 90         exit(-1); 
 91     } 
 92     init_sem(sem_id, 1);  /*初值设为1资源未占用*/ 
 93     return sem_id; 
 94 } 
 95  
 96  
 97 int main() 
 98 { 
 99     key_t key; 
100     int shmid, semid, msqid; 
101     char *shm; 
102     char data[] = "this is server"; 
103     struct shmid_ds buf1;  /*用于删除共享内存*/ 
104     struct msqid_ds buf2;  /*用于删除消息队列*/ 
105     struct msg_form msg;  /*消息队列用于通知对方更新了共享内存*/ 
106  
107     // 获取key值 
108     if((key = ftok(".", 'z')) < 0) 
109     { 
110         perror("ftok error"); 
111         exit(1); 
112     } 
113  
114     // 创建共享内存 
115     if((shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT|0666)) == -1) 
116     { 
117         perror("Create Shared Memory Error"); 
118         exit(1); 
119     } 
120  
121     // 连接共享内存 
122     shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0); 
123     if((int)shm == -1) 
124     { 
125         perror("Attach Shared Memory Error"); 
126         exit(1); 
127     } 
128  
129  
130     // 创建消息队列 
131     if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1) 
132     { 
133         perror("msgget error"); 
134         exit(1); 
135     } 
136  
137     // 创建信号量 
138     semid = creat_sem(key); 
139      
140     // 读数据 
141     while(1) 
142     { 
143         msgrcv(msqid, &msg, 1, 888, 0); /*读取类型为888的消息*/ 
144         if(msg.mtext == 'q')  /*quit - 跳出循环*/  
145             break; 
146         if(msg.mtext == 'r')  /*read - 读共享内存*/ 
147         { 
148             sem_p(semid); 
149             printf("%s\n",shm); 
150             sem_v(semid); 
151         } 
152     } 
153  
154     // 断开连接 
155     shmdt(shm); 
156  
157     /*删除共享内存、消息队列、信号量*/ 
158     shmctl(shmid, IPC_RMID, &buf1); 
159     msgctl(msqid, IPC_RMID, &buf2); 
160     del_sem(semid); 
161     return 0; 
162 }

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client.c

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  1 #include<stdio.h> 
  2 #include<stdlib.h> 
  3 #include<sys/shm.h>  // shared memory 
  4 #include<sys/sem.h>  // semaphore 
  5 #include<sys/msg.h>  // message queue 
  6 #include<string.h>   // memcpy 
  7  
  8 // 消息队列结构 
  9 struct msg_form { 
 10     long mtype; 
 11     char mtext; 
 12 }; 
 13  
 14 // 联合体，用于semctl初始化 
 15 union semun 
 16 { 
 17     int              val; /*for SETVAL*/ 
 18     struct semid_ds *buf; 
 19     unsigned short  *array; 
 20 }; 
 21  
 22 // P操作: 
 23 //  若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1  
 24 //  若信号量值为0，进程挂起等待 
 25 int sem_p(int sem_id) 
 26 { 
 27     struct sembuf sbuf; 
 28     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/ 
 29     sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/ 
 30     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO; 
 31  
 32     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1) 
 33     { 
 34         perror("P operation Error"); 
 35         return -1; 
 36     } 
 37     return 0; 
 38 } 
 39  
 40 // V操作： 
 41 //  释放资源并将信号量值+1 
 42 //  如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们 
 43 int sem_v(int sem_id) 
 44 { 
 45     struct sembuf sbuf; 
 46     sbuf.sem_num = 0; /*序号*/ 
 47     sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/ 
 48     sbuf.sem_flg = SEM_UNDO; 
 49  
 50     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1) 
 51     { 
 52         perror("V operation Error"); 
 53         return -1; 
 54     } 
 55     return 0; 
 56 } 
 57  
 58  
 59 int main() 
 60 { 
 61     key_t key; 
 62     int shmid, semid, msqid; 
 63     char *shm; 
 64     struct msg_form msg; 
 65     int flag = 1; /*while循环条件*/ 
 66  
 67     // 获取key值 
 68     if((key = ftok(".", 'z')) < 0) 
 69     { 
 70         perror("ftok error"); 
 71         exit(1); 
 72     } 
 73  
 74     // 获取共享内存 
 75     if((shmid = shmget(key, 1024, 0)) == -1) 
 76     { 
 77         perror("shmget error"); 
 78         exit(1); 
 79     } 
 80  
 81     // 连接共享内存 
 82     shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0); 
 83     if((int)shm == -1) 
 84     { 
 85         perror("Attach Shared Memory Error"); 
 86         exit(1); 
 87     } 
 88  
 89     // 创建消息队列 
 90     if ((msqid = msgget(key, 0)) == -1) 
 91     { 
 92         perror("msgget error"); 
 93         exit(1); 
 94     } 
 95  
 96     // 获取信号量 
 97     if((semid = semget(key, 0, 0)) == -1) 
 98     { 
 99         perror("semget error"); 
100         exit(1); 
101     } 
102      
103     // 写数据 
104     printf("***************************************\n"); 
105     printf("*                 IPC                 *\n"); 
106     printf("*    Input r to send data to server.  *\n"); 
107     printf("*    Input q to quit.                 *\n"); 
108     printf("***************************************\n"); 
109      
110     while(flag) 
111     { 
112         char c; 
113         printf("Please input command: "); 
114         scanf("%c", &c); 
115         switch(c) 
116         { 
117             case 'r': 
118                 printf("Data to send: "); 
119                 sem_p(semid);  /*访问资源*/ 
120                 scanf("%s", shm); 
121                 sem_v(semid);  /*释放资源*/ 
122                 /*清空标准输入缓冲区*/ 
123                 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF); 
124                 msg.mtype = 888;   
125                 msg.mtext = 'r';  /*发送消息通知服务器读数据*/ 
126                 msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0); 
127                 break; 
128             case 'q': 
129                 msg.mtype = 888; 
130                 msg.mtext = 'q'; 
131                 msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0); 
132                 flag = 0; 
133                 break; 
134             default: 
135                 printf("Wrong input!\n"); 
136                 /*清空标准输入缓冲区*/ 
137                 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF); 
138         } 
139     } 
140  
141     // 断开连接 
142     shmdt(shm); 
143  
144     return 0; 
145 }

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注意：当scanf()输入字符或字符串时，缓冲区中遗留下了\n，所以每次输入操作后都需要清空标准输入的缓冲区。但是由于 gcc 编译器不支持fflush(stdin)（它只是标准C的扩展），所以我们使用了替代方案：

1 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);

五种通讯方式总结

1.管道：速度慢，容量有限，只有父子进程能通讯

2.FIFO：任何进程间都能通讯，但速度慢

3.消息队列：容量受到系统限制，且要注意第一次读的时候，要考虑上一次没有读完数据的问题

4.信号量：不能传递复杂消息，只能用来同步

5.共享内存区：能够很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一个进程在写的时候，另一个进程要注意读写的问题，相当于线程中的线程安全，当然，共享内存区同样可以用作线程间通讯，不过没这个必要，线程间本来就已经共享了同一进程内的一块内存

IT序号网程序员多线程

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Q : 823053937

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1、特点

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2、原型

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