0.System V IPC机制：

        ①.IPC对象包含：共享内存、消息队列和信号灯集。

        ②.每个IPC对象有唯一的ID。

        ③.IPC对象创建后一直存在，直到被显示地删除。

        ④.每一个IPC对象有一个关联的KEY。（其他进程通过KEY访问对应的IPC对象）

        ⑤.ipcs（显示系统所有的IPC对象）、ipcrm

一. 生成KEY值 - ftok

功能：

        成功时返回（合法的key值），失败时返回（EOF）。

        若传入的参数一样，那么得到的key值也一样

参数：

        path：存在且可访问的文件的路径

        proj_id：用于生成key的数字，不能为0，一般为字符常量

int key_t ftok(const char *path,int proj_id);

int main(int argc,char *argv[])
{key_t key;key = ftok(".",'a');if(-1 == key){perror("key error");exit(-1);}
}

二.共享内存

0.特点

        ①.共享内存是一种最为高效的进程间通信方式，进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝。

        ②.共享内存在内核空间创建，可被进程映射到用户空间访问，使其灵活。

        ③.由于多个进程可同时访问共享内存，因此需要同步和互斥机制配合使用。

        ④.共享内存的大小有限制

1.创建/打开共享内存 - shmget（）

功能：

        创建/打开共享内存对象

        成功时返回（共享内存的id），失败时（EOF）

参数：

        key：和共享内存关联的key，IPC_PRIVATE或由ftok生成。

        size：共享内存的大小，单位为字节。

        shmflg：共享内存标志位 IPC_CREATE | 0666（不存在就创建，存在了就打开）。

int shmget(key_t key,int size,int shmflg);

示例1：创建一个私有的共享内存，大小为512字节，权限为0666

int shmid;shmid = shmget(IPC_PRIVATE,512,0666);
if(0 > shmid)
{perror("shmget error");exit(-1);
}

示例2：创建/打开一个和key关联的共享内存，大小为1024字节，权限为0666

key_t key;
int shmid;/* 1.先生成key（相关的进程调用ftok时，传入相同的参数才能得到相同的key） */
key = ftok(".",'m');
if(-1 == key)
{perror("ftok");exit(-1);
}/* 2.获取共享内存 */
shmid = shmget(key,1024,IPC_CREATE | 0666);
if(0 > shmid)
{perror("shmget");exit(-1);
}

2.映射共享内存 - shmat

功能：

        映射共享内存；

        成功时返回（映射后的地址），失败时返回（（void *）-1），通过指针访问共享内存，指针类型取决于共享内存中存放的数据的类型；

参数：

        shmid：要映射的共享内存的id。

        shmaddr：指定映射后的地址（通常传入NULL），NULL表示由系统自动映射。

        shmflg：标志位，0表示可读写；SHM_RDONLY表示只读。

void *shmat(int shmid,const void *shmaddr,int shmflg);

示例1：在共享内存中存放键盘输入的字符串

char *addr;    //保存映射后的首地址
int shmid;/* 映射共享内存 */
addr = (char *)shmat(shmid,NULL,0);
id((char *)-1 == addr)
{perror("shmat");exit(-1);
}
fgets(addr,N,stdin);

3.读写共享内存

        操作映射的共享内存的地址

4.撤销共享内存映射 - shmdt

功能：

        撤销共享内存映射

        成功时返回（0），失败时返回（EOF）

参数：

        shmaddr：映射共享内存的首地址

int shmdt(void *shmaddr);

5.共享内存控制 - shmctl

功能：

        控制共享内存。

        成功时返回（0），失败时返回（-1）并设置errno。

参数：

        shmid：要操作的共享内存的id。

        cmd   ：要执行的操作

                        IPC_STAT：获取当前共享内存的属性（大小，关联的key值，权限等），存入到                                                shmid_ds *buf中

                        IPC_SET  ：将属性（先在shmid_ds *buf中填充）设置到共享内存的id中

                        IPC_RMID：删除一个共享内存的id

        buf：保存或设置共享内存属性的地址

int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf);

6.删除共享内存对象 - shmctl

 用shmctl来删除共享内存对象（应该由最后一个进程来执行此操作）

 功能：

        添加删除标记，当每一个进程都撤销共享内存映射后（nattach == 0）才真正的删除。        

shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);

三.信号灯

1.含义：

        信号灯也叫信号量，用于进程/线程同步或互斥的机制；

        System V 信号灯是一个或多个计数信号灯的集合；

        System V 信号灯可同时操作集合中的多个信号灯，要么都能申请到资源，要么都申请不到资          源；

        System V 信号灯申请多个资源时避免死锁；

 2.信号灯的类型：

         Posix无名信号灯：通常用于线程同步

         Posix有名信号灯：通常用于进程间的同步和互斥

         System V 信号灯：通常用于进程间的同步和互斥

四.System V 信号灯使用步骤

1.打开/创建信号灯 - semget

功能：

        打开/创建信号灯

        成功时返回（信号灯集合的id），失败时返回（-1），返回（-1）有可能是 打开/创建 失败。所以在返回（-1）时 要对 errno 进行判断，若 errno = EEXIST ，则是该信号灯已经存在，此时进行打开操作；否则应该退出程序，并打开错误信息。

参数：

        key：和信号灯关联的key值（IPC_PRIVATE 或 ftok生成的）；

        nsems：集合中包含的计数信号灯的个数；

        semflg：标志位

                        IPC_CREAT | 0666：没有则创建；

                        IPC_EXCL：检查信号灯集合是不是第一次被创建，若不是第一次被创建则会返回                                             （EEXIST），保证信号灯只被初始化一次；

int semget(key_t key,int nsems,int semflg);

semid = semget(sem_key,1,IPC_CREATE|IPC_EXCL|0666);
/* 若打开/创建失败 */
if(-1 == semid) 
{/* errno == EEXIST 时表示该信号灯已经存在，只能进行打开操作 */if(errno == EEXIST){semid = semget(sem_key,1,0777);}/* 否则为出错，应该退出程序 */else{perror("fail to semget");exit(-1);}
}
/* 若创建成功，则初始化信号灯 */
else
{/* 初始化操作 */
}

2.信号灯初始化 - semctl

功能：

        初始化信号灯集合；

        成功时返回（0），失败时返回（EOF)；

参数：

        semid：要操作的信号灯集合id

        semnum：要操作的集合中的信号灯编号（信号灯集合中的哪一个信号灯）

        cmd：要执行的操作

                        SETVAL:设置信号灯的值

                        IPC_RMID：删除信号灯集合

        union semun  ：要设置的信号灯的值

int semctl(int semid,int semnum,int cmd,...);

union semun myun;/* 1.填充第一个要初始化的信号的值 */
myun.val = 2;
/* 把第一个信号灯的值初始化为2 */
if(0 > semctl(semid,0,SETVAL,myun))
{perror("semctl");exit(-1);
}/* 1.填充第二个要初始化的信号的值 */
myun.val = 0;
/* 把第二个信号灯的值初始化为0 */
if(0 > semctl(semid,1,SETVAL,myun))
{perror("semctl");exit(-1);
}

3.P/V 操作 - semop

功能：

        对信号灯集合中的一个或多个信号灯执行操作；

        成功时返回（0），失败时返回（-1）；

参数：

        semid：要操作的信号灯集id；

        sops：描述对某一个信号灯操作的结构体。若要操作多个信号灯，则要传入结构体数组；

        nsops：要操作的信号灯的个数；

int semop(int semid,struct sembuf *sops,unsigned nsops);

struct sembuf
{short semnum;    //指定要操作的信号灯的编号/* 指定要执行的操作（-1：P操作，1：V操作） */short sem_op;    /* 一般为 0/IPC_NOWAIT/SEM_UNDO （0         ：表示以阻塞的方式，直到完成操作IPC_NOWAIT ： 表示不阻塞，直接返回） SEM_UNDO : 进程退出后，将信号量返回到其初始值（防止死锁）   */short sem_flg;    
};

    struct sembuf buf[3];/* 填充第 0 个信号 */buf[0].sem_num = 0;     //操作第 0 个信号灯buf[0].sem_op = -1;     //指定执行 P 操作buf.sem_flg = 0;        //以阻塞的方式完成操作/* 填充第 1 个信号 */buf[1].sem_num = 1;     //操作第 1 个信号灯buf[1].sem_op = -1;     //指定执行 P 操作buf[1].sem_flg = 0;     //以阻塞的方式完成操作/* 调用 semop 完成P/V操作,操作的信号灯的个数为 2  */semop(semid,buf,2);

3.删除信号灯 - semctl

功能：

        删除信号灯集合；

        成功时返回（0），失败时返回（EOF)；

参数：

        semid：要操作的信号灯集合id

        semnum：要操作的集合中的信号灯编号（信号灯集合中的哪一个信号灯）

        cmd：要执行的操作

                        SETVAL:设置信号灯的值

                        IPC_RMID：删除信号灯集合

int semctl(int semid,int semnum,int cmd,...);

semctl(semid,0,IPC_RMID);

五.用信号灯集实现共享内存同步

1.目的：

        父子进程通过System V 信号灯同步对共享内存的读写，需要创建两个信号灯，一个用于写资源，一个用于读资源。

        父进程从键盘输入字符串到共享内存

        子进程删除字符串中的空格并打印

        父进程输入 quit 后，删除共享内存和信号灯集，程序结束

2.流程图

3.代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>void init_sem(int semid , int s[] , int n);
void pv(int semid,int num,int op);#define N   64      //共享内存的大小
#define READ    0   //信号灯集合中的信号灯的编号，代表可读缓冲区
#define WRITE   1   //信号灯集合中的信号灯的编号，代表可写缓冲区/* 用于信号灯集合操作, man 手册里有这个共用体，但是得自己定义 */
union semun
{int val;struct semid_ds *buf;unsigned short *array;struct seminfo *__buf;
};int main(void)
{/*** 0.定义所要用到的变量* (1)共享内存的id* (2)信号灯集合id* (3)信号灯初始化数组* (4)pid* (5)key* (6)共享内存映射后的首地址*/int shmid;          //共享内存的idint semid;          //信号灯集合idint s[] = {0,1};    //信号灯初始化数组,s[0]用于读，s[1]用于写pid_t pid;          //用于创建进程key_t key;          //用于生成keychar *shmaddr;      //用于接收映射的共享内存的首地址/* 1.创建/获取key */key = ftok(".",'s');if(-1 == key){perror("ftok error");exit(-1);}/* 2.创建/获取共享内存 */shmid = shmget(key,N,IPC_CREAT | 0666);if(0 > shmid){perror("shmget error");exit(-1);}/* 3.创建信号灯集合（若失败则在退出程序前，要先把创建号的共享内存删除） */semid = semget(key,2,IPC_CREAT | 0666);if(0 > semid){perror("semget error");goto _error1;       //处理错误}/* 4.对信号灯集合进行初始化,初始化 2 个信号量 */init_sem(semid,s,2);/* 5.映射共享内存(64)个字节，（若映射共享内存失败,在退出程序前，要先把之前创建的信号灯集合删除） */shmaddr = (char *)shmat(shmid,NULL,0);if(((void *)-1) == shmaddr){perror("shmat error");goto _error2;}/* 6.创建子进程 */pid = fork();switch(pid){case -1:perror("fork error");goto _error2;break;/* 子进程 */case 0:{char *p,*q;while(1){/* 1.对可读资源进行 P 操作 */pv(semid,READ,-1);/* 2.进行读操作(去除共享内存中的空格) */p = q = shmaddr;while(*q){if(*q != ' '){*p++ = *q;}q++;}*p = '\0';printf("result:%s\n",shmaddr);/* 3.对可写资源执行 V 操作,使其他进程可写 */pv(semid,WRITE,1);}break;}/* 此进程 */default:while(1){/* 7.要写缓冲区，所以先进行P操作，看有没有资源可写。若没有资源可写，则阻塞等待 */pv(semid,WRITE,-1);/* 8.执行写操作 */printf("input >\n");fgets(shmaddr,N,stdin);/* 9.若输入了quit，则跳出循环 */if(0 == strcmp(shmaddr,"quit\n"))break;/* 10.执行完写操作后，执行 V 操作，使其他进程可读 */pv(semid,READ,1);}/* 发出信号，结束子进程 */kill(pid,SIGUSR1);break;}/* 若创建信号灯集合失败，则在退出程序前，要先把创建号的共享内存删除 */
_error1:shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);/* 若映射共享内存失败,在退出程序前，要先把之前创建的信号灯集合删除 */
_error2:semctl(semid,0,IPC_RMID);return 0;
}/*** @description:    初始化信号灯集合* @param - semid:  信号灯集合的id* @param - s[]  :  信号灯初始化值的数组* @param - n    :  初始化信号灯的个数  * @return       :  无 
*/
void init_sem(int semid , int s[] , int n)
{int i;union semun myun;       //创建信号灯集合共用体/* 循环完成信号灯集合的初始化 */for(i = 0;i < n;i++){myun.val = s[i];semctl(semid,i,SETVAL,myun);}}/*** @description:        对信号灯集合的某一个信号灯实现P/V操作* @param - semid   :   信号灯集合id* @param - num     :   信号灯集合内的信号灯的编号* @param - op      :   实现的操作* @return          :   无
*/
void pv(int semid,int num,int op)
{struct sembuf buf;buf.sem_num = num;      //指定操作编号为 num 的信号灯buf.sem_op = op;        //指定要执行的操作buf.sem_flg = 0;        //阻塞等待，直到该操作完成/* 进行P/V操作 */semop(semid,&buf,1);
}