一、IPC(Inter-Process Communication)进程间通信相关命令 ：

（一）ipcs — 查看IPC对象

（二）获取IPC键值

ipcs -q 查看消息队列

ipcs -m 查看共享内存

ipcs -s 查看信号灯集

（三）删除IPC对象的命令

ipcrm -q id 删除消息队列
ipcrm -m id 删除共享内存
ipcrm -s id 删除信号灯集

（四）获取IPC键值的函数

1. 函数定义

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
功能：使用给定的文件和字符来生成一个IPC通信的key值
参数：pathname：路径和文件名(必须是已存在的可访问的)proj_id：[0-255]的值  一般我们传一个字符即可 如 'A'  'm'
返回值：成功  key值失败  -1  重置错误码

• 注：
• typedef int key_t key_t 即 int 类型
• pathname 要求必须是一个已存在的文件，因为key值的是由proj_id的后八位，设备号的后8位以及inode号的后16位组成。因此这种机制并不保证key值一定不重复
• proj_id 只是用了int的一个字节，即取值范围是[0-255]，一般使用时传一个字符，字符ASCII码是0-127。

2. 使用示例

生成并打印出key，分析key值的由来

验证代码：

#include <my_head.h>int main(int argc, char const *argv[])
{key_t key=0;key = ftok("/home/linux/05work",'A');printf("my_key = %#x\n",key);struct stat file_stat= {0};stat("/home/linux/05work",&file_stat);printf("proj_id=%#x  dev=%#lx inode=%#lx\n",'A', file_stat.st_dev, file_stat.st_ino);return 0;
}

输出结果：

二、消息队列

（一） 特点

1. 消息队列也是基于内核实现的，存放在内存上（而非硬盘上）。
2. 消息队列的大小，默认是 16K。
3. 消息队列中的消息有类型和正文。
   A进程将消息写入消息队列；
   B进程可以根据消息的类型从消息队列中将对应类型的消息取走。
4. 半双工通信

（二） 相关API

1. 创建或获取一个消息队列

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>int msgget(key_t key, int msgflg);
功能：创建或者获取一个消息队列
参数：key：键值key 通过ftok获取的IPC_PRIVATE 表示只有亲缘进程间能用msgflg：消息队列的标志位IPC_CREAT|0666 消息队列不存在则创建，权限0666 或者  IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666 消息不存在则创建，存在则但会-1，置错误码为EEXIST
返回值：成功 消息队列的id失败 -1 重置错误码

2. 向消息队列中写消息

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
功能：向消息队列中写入一条消息
参数：msqid：消息队列的idmsgp： 要写入的数据的首地址struct msgbuf {long mtype;      /* 消息的类型 必须大于 0 */char mtext[1];   /* 消息正文 可以自定义 */};msgsz：消息正文的大小msgflg：标志位 0 阻塞发送  IPC_NOWAIT 非阻塞发送
返回值：成功 0失败 -1  重置错误码

• 注：
• 关于void *msgp参数，第一个long类型大小的空间必须用来存放消息的类型，消息的正文可以自定义
• size_t msgsz参数，只包含正文数据的大小（sizeof(struct msgbuf)-sizeof(mtype)）
• 阻塞发送的情况下，如果消息队列满了，A进程还想向消息队列中写入消息，此时A进程将会阻塞。

3. 在消息队列中读取一条消息

ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
功能：在消息队列中读取一条消息
参数：msqid：消息队列的idmsgp： 用来保存接收的数据的缓冲区的首地址struct msgbuf {long mtype;     /* 消息的类型 必须大于 0 */char mtext[1];  /* 消息正文 可以自定义 */};msgsz：消息正文的大小msgtyp：要接受的消息的类型0 ：接收消息队列中第一条消息>0 ： 接收指定类型的第一条消息<0 :一般不使用，了解即可，表示接收消息队列中第一条类型最小的小于msgtyp的绝对值的消息3-2-5-500-200-8读取时，类型传 -200读取的顺序  2-3-5 msgflg：标志位 0 阻塞接收  IPC_NOWAIT 非阻塞接收
返回值：成功 实际读到的正文的字节数失败 -1  重置错误码

• 注：读消息队列和写消息队列中的void *msgp结构体的内部成员要尽量对应。

4. 控制消息队列

int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
功能：控制消息队列
参数：msqid：消息队列idcmd：指令IPC_STAT：获取消息队列的属性IPC_SET：设置消息队列的属性IPC_RMID：立即删除消息队列只有消息队列的创建者和所有者以及root用户可以删除消息队列msgctl函数的第三个参数被忽略buff：属性结构体的地址
返回值：成功 0失败 -1  重置错误码

（三） 不关注消息类型

此时进程间通信不关心消息类型，按顺序接收第一条消息。
注意，当其中一个进程关闭消息队列后，另一个进程再试图关闭，就会报错，错误码EINVAL

read.c

#include <my_head.h>typedef struct msgbuf{long type;char name[20];
}msg_t;int main(int argc, char const *argv[])
{//获取key值key_t key=ftok("/home/linux/05work",'A');//创建消息队列int msgid = msgget(key,IPC_CREAT|0666);if(-1 == msgid)ERR_LOG("msgget error");//定义消息结构体msg_t msg={0};int type=0;while(1){if(-1 == msgrcv(msgid,&msg,sizeof(msg_t)-sizeof(msg.type),type,0)){ERR_LOG("msgrcv error");}if(!strcmp(msg.name,"quit")){break;}printf("%ld:%s\n",msg.type,msg.name);}if(-1 == msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL)){if(EINVAL == errno){return 0;}ERR_LOG("msgctl error");}return 0;
}

write.c

#include <my_head.h>typedef struct msgbuf{long type;char name[20];
}msg_t;int main(int argc, char const *argv[])
{//获取key值key_t key=ftok("/home/linux/05work",'A');//创建消息队列int msgid = msgget(key,IPC_CREAT|0666);if(-1 == msgid)ERR_LOG("msgget error");//定义消息结构体msg_t msg={0};while(1){printf("请输入消息：<类型> <正文>：");scanf("%ld %s",&msg.type,msg.name);msgsnd(msgid,&msg,sizeof(msg_t)-sizeof(msg.type),0);if(!strcmp(msg.name,"quit")){break;}}//销毁消息队列if(-1 == msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL)){if(EINVAL == errno){return 0;}ERR_LOG("msgctl error");}return 0;
}

（四）关注消息类型

此时进程间通信关心消息类型，按顺序接收第一条符合类型的消息，如果消息队列中没有同类型消息，会阻塞等待。

read.c

#include <my_head.h>typedef struct msgbuf{long type;char name[20];
}msg_t;int main(int argc, char const *argv[])
{//获取key值key_t key=ftok("/home/linux/05work",'A');//创建消息队列int msgid = msgget(key,IPC_CREAT|0666);if(-1 == msgid)ERR_LOG("msgget error");//定义消息结构体msg_t msg={0};int type=0;while(1){printf("请输入想要接收的消息类型：");scanf("%d",&type);if(-1 == msgrcv(msgid,&msg,sizeof(msg_t)-sizeof(msg.type),type,0)){ERR_LOG("msgrcv error");}if(!strcmp(msg.name,"quit")){break;}printf("%ld:%s\n",msg.type,msg.name);}if(-1 == msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL)){if(EINVAL == errno){return 0;}ERR_LOG("msgctl error");}return 0;
}

write.c

#include <my_head.h>typedef struct msgbuf{long type;char name[20];
}msg_t;int main(int argc, char const *argv[])
{//获取key值key_t key=ftok("/home/linux/05work",'A');//创建消息队列int msgid = msgget(key,IPC_CREAT|0666);if(-1 == msgid)ERR_LOG("msgget error");//定义消息结构体msg_t msg={0};while(1){printf("请输入消息：<类型> <正文>：");scanf("%ld %s",&msg.type,msg.name);msgsnd(msgid,&msg,sizeof(msg_t)-sizeof(msg.type),0);if(!strcmp(msg.name,"quit")){break;}}//销毁消息队列if(-1 == msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL)){if(EINVAL == errno){return 0;}ERR_LOG("msgctl error");}return 0;
}

（五）消息队列属性结构体

struct msqid_ds {struct ipc_perm msg_perm;     /* IPC权限结构体 */time_t          msg_stime;    /* 最后一次执行msgsnd的时间 */time_t          msg_rtime;    /* 最后一次执行msgrcv的时间 */time_t          msg_ctime;    /* 最后一次被修改的时间 */unsigned long   __msg_cbytes; /* 当前消息队列中的字节数 */msgqnum_t       msg_qnum;     /* 当前消息队列中的消息数 */msglen_t        msg_qbytes;   /* 允许的最大字节数 */pid_t           msg_lspid;    /* 最后一次执行msgsnd的进程的PID */pid_t           msg_lrpid;    /* 最后一次执行msgrcv的进程的PID */
};struct ipc_perm {key_t          __key;       /* 键值 */uid_t          uid;         /* 所属用户的id */gid_t          gid;         /* 所属用户的组id */uid_t          cuid;        /* 创建者的id */gid_t          cgid;        /* 创建者的组id */unsigned short mode;        /* 权限 */
};

• 注：
  qbytes可以改小，改大的话需要sudo权限

三、共享内存 shared memory（shm）

（一）特点

在内核中创建共享内存，让进程A和进程B都能够访问到，通过这段内存进行数据的传递。
共享内存是所有进程间通信方式中效率最高的（不需要来回进行数据的拷贝）

（二） 相关API

1. 创建共享内存

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
功能：创建共享内存
参数：key：键值key 通过ftok获取IPC_PRIVATE：只能用于亲缘进程间的通信size：共享内存的大小  PAGE_SIZE(4k)的整数倍shmflg：共享的标志位IPC_CREAT|0666 或 IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666
返回值：成功 共享内存编号失败 -1 重置错误码

• 注：
• 共享内存大小必须要4k的整数倍，因为一页是4k。如果申请时不要求4
  的整数倍，分配时也是分配4k的整数倍。
• 内核空间越界会直接段错误
• 同一个key值可以同时用于消息队列，共享内存，信号灯集

2. 映射共享内存到当前的进程空间

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
功能：映射共享内存到当前的进程空间
参数：shmid：共享内存编号shmaddr：指定共享内存出现在进程内存地址的什么位置，直接指定为NULL，让系统自动分配shmflg：共享内存操作方式0    读写SHM_RDONLY    只读
返回值：成功 指向共享内存的地址失败 (void *)-1 重置错误码

3. 取消地址映射

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmdt(const void *shmaddr);
功能：取消地址映射
参数：shmaddr：指向共享内存的指针
返回值：成功 0失败 -1 重置错误码

4. 共享内存控制

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
功能：共享内存控制的函数
参数：shmid：共享内存编号cmd：操作的命令码IPC_STAT：获取IPC_SET：设置IPC_RMID：删除共享内存标记要销毁的段。实际上，只有在最后一个进程将其分离之后 (也就是说，关联结构shmid_ds的shm_nattch成员为零时)， 段才会被销毁。调用者必须是段的所有者或创建者，或具有特权。buf参数被忽略。buf：共享内存属性结构体指针
返回值：成功 0失败 -1 重置错误码

（三）使用示例

read.c

#include <my_head.h>#define SHM_PAGE 1024*4
int main(int argc, char const *argv[])
{//获取键值key_t key = ftok("/home/linux/05work",'A');if(-1 == key)ERR_LOG("ftok error");//创建共享内存int shmid = shmget(key, SHM_PAGE,IPC_CREAT|0666);if(-1 == shmid)ERR_LOG("shmget error");//映射共享内存char *addr = (char *)shmat(shmid,NULL,SHM_RDONLY);while(1){getchar();printf("%s",addr);}return 0;
}

write.c

#include <my_head.h>#define SHM_PAGE 1024*4
int main(int argc, char const *argv[])
{//获取键值key_t key = ftok("/home/linux/05work",'A');if(-1 == key)ERR_LOG("ftok error");//创建共享内存int shmid = shmget(key, SHM_PAGE,IPC_CREAT|0666);if(-1 == shmid)ERR_LOG("shmget error");//映射共享内存char *addr = (char *)shmat(shmid,NULL,0);while(1){printf("请输入要发送的内容:");scanf("%s",addr);}return 0;
}

（四） 属性

struct shmid_ds{struct ipc_perm shm_perm;    //权限结构体size_t shm_segsz;             //共享内存大小，单位是字节 __time_t shm_atime;         //最后一次映射的时间 __pid_t shm_cpid;             //创建共享内存进程的pid __pid_t shm_lpid;             //最后一次操作共享内存进程的pid shmatt_t shm_nattch;         //共享内存映射的次数
};
struct ipc_perm{__key_t __key;                //ftok获取的key__uid_t uid;                 //用户的ID__gid_t gid;                 //组ID__uid_t cuid;                //创建共享内存的用户的ID__gid_t cgid;                //创建共享内存的组的IDunsigned short int mode;     //消息队列的权限
};

四、信号灯集—控制进程间同步

（一）特点

进程间同步的机制

（二） 相关API

#include <sys/sem.h>
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
功能：创建一个信号灯集
参数：key：键值IPC_PRIVATE  keynsems：信号灯集合中信号灯的个数semflag：创建的标志位IPC_CREAT|0666 或 IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666
返回值：成功 semid失败 -1  重置错误码int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
功能：信号灯集的控制函数
参数：semid信号灯集的IDsenum:信号灯的编号 从0开始cmd:命令码SETVAL：设置信号灯的值 --->第四个参数val选项GETVAL：获取信号灯的值 --->不需要第四个参数IPC_STAT：获取信号灯集的属性--->第二参数被忽略，第四个参数buf选项IPC_SET ：设置信号灯集的属性--->第二参数被忽略，第四个参数buf选项IPC_RMID：删除信号灯集 第二参数被忽略，第4个参数不用填写 @...:可变参union semun{int val; /* Value for SETVAL */struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */};
返回值：成功：GETVAL：成功返回信号灯的值其余的命令码成功返回0失败 -1  重置错误码int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);
功能：信号灯集中信号灯的操作函数
参数：semid：信号灯集的编号sops：操作方式struct sembuf{unsigned short sem_num; //信号灯的编号short sem_op; //操作方式（PV）-1:P操作，申请资源 1:V操作，释放资源short sem_flg; //操作的标志位 0：阻塞 IPC_NOWAIT：非阻塞方式操作}nsops：本次操作信号灯的个数
返回值：成功 0失败 -1  重置错误码

• 注：
• 初始化操作必须只能一次，如果多次可能会将其他进程的值初始化
• 同时对多个信号灯进行操作时，可以定义一个结构体数组

（三） 原生函数使用示例

（四）封装函数

原生函数直接使用会比较繁琐，因此会做二次封装。

初始化（解决可能重复初始化的问题）：

P操作

V操作

销毁