第15章 進程間通行 15.6 XSI IPC 15.7 消息隊列

15.6 XSI IPC

（1）3種稱做XSI IPC的IPC是：

    1）消息隊列

    2）信號量

    3）共享存儲器

（2）標識符和鍵

    1）標識符：是一個非負整數，用於引用IPC結構。是IPC對象的內部名。

    2）鍵：IPC對象的外部名。可以使多個合做進程可以在同一IPC對象上匯聚。

（3）IPC_PRIVATE鍵：

    用於建立一個新的IPC結構。不能指定此鍵來引用一個現有的IPC結構。

（4）ftok函數：

    由一個路徑名和項目ID產生一個鍵。

（5）ipc_perm結構體

    規定了ipc結構的權限和全部者。

（6）結構限制：

    XSI IPC結構都有內置限制，可經過從新配置內核來改變。

    1）sysctl命令：觀察、修改內核配置參數。

    2）ipcs -l：顯示ipc相關限制。

（7）IPC結構和管道、FIFO的區別：

    IPC結構在系統範圍內起做用，且沒有引用計數。

（8）IPC結構在文件系統中沒有名字；IPC不使用文件描述符。

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15.7 消息隊列

（1）新的應用程序中不要使用消息隊列。它們有缺點。（15.6.4）

（2）客戶進程和服務器進程之間的雙向數據流，可使用消息隊列或全雙工管道。

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15.8 信號量

（1）多個進程間共享一個資源，可使用信號量、記錄鎖和互斥量中的一種來協調。

（2）共享存儲中的互斥量速度最快，但做者依然喜歡使用記錄鎖的兩個緣由：

    1）<459>

    2）<459>

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15.9 共享存儲

（1）共享存儲的做用：

    容許兩個或多個進程共享一個給定的存儲區。

    它是最快的一種IPC，由於數據不須要在客戶進程和服務器進程之間複製。

（2）使用共享存儲時要掌握的惟一訣竅：

    同步：寫完再讀取。（信號量、記錄鎖和互斥量）

（3）

shmget函數：得到一個共享存儲標識符。

shmctl函數：對共享存儲段執行多種操做。

shmat函數：將共享存儲段鏈接到進程的地址空間。

shmde函數：使調用進程分離共享存儲段。

（4）實例：打印特定系統中存放各類類型的數據的位置信息。

#include "apue.h"
#include <sys/shm.h>

#define	ARRAY_SIZE	40000
#define	MALLOC_SIZE	100000
#define	SHM_SIZE	100000
#define	SHM_MODE	0600	/* user read/write */

char	array[ARRAY_SIZE];	/* uninitialized data = bss */

int
main(void)
{
	int		shmid;
	char	*ptr, *shmptr;

	printf("array[] from %p to %p\n", (void *)&array[0],
	  (void *)&array[ARRAY_SIZE]);//bss
	printf("stack around %p\n", (void *)&shmid);

	if ((ptr = malloc(MALLOC_SIZE)) == NULL)//堆
		err_sys("malloc error");
	printf("malloced from %p to %p\n", (void *)ptr,
	  (void *)ptr+MALLOC_SIZE);

	if ((shmid = shmget(IPC_PRIVATE, SHM_SIZE, SHM_MODE)) < 0)
		err_sys("shmget error");
	if ((shmptr = shmat(shmid, 0, 0)) == (void *)-1)
		err_sys("shmat error");
	printf("shared memory attached from %p to %p\n", (void *)shmptr,
	  (void *)shmptr+SHM_SIZE);

	if (shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) < 0)
		err_sys("shmctl error");

	exit(0);
}

（5）C程序的存儲空間佈局<163>

1）正文段：CPU執行的機器指令部分

2）初始化數據段：（數據段），包含了程序中需明確地賦初值的變量。

3）未初始化數據段：（bss段），程序開始執行以前，內核將此段中的數據初始化爲0或空指針。（未初始化的全局變量）

4）棧：保存自動變量以及每次函數調用時所需保存的信息。

5）堆：進行動態存儲分配。

（6）實例：相關的進程的其它實現共享存儲的技術。

1）/dev/zero的存儲映射                  2）線程

#include "apue.h"
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>

#define	NLOOPS		1000
#define	SIZE		sizeof(long)	/* size of shared memory area */

static int
update(long *ptr)
{
	return((*ptr)++);	/* return value before increment */
}

int
main(void)
{
	int		fd, i, counter;
	pid_t	pid;
	void	*area;

	if ((fd = open("/dev/zero", O_RDWR)) < 0)
		err_sys("open error");
	if ((area = mmap(0, SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,
	  fd, 0)) == MAP_FAILED)
		err_sys("mmap error");
	close(fd);		/* can close /dev/zero now that it's mapped */

	TELL_WAIT();

	if ((pid = fork()) < 0) {
		err_sys("fork error");
	} else if (pid > 0) {			/* parent */
		for (i = 0; i < NLOOPS; i += 2) {
			if ((counter = update((long *)area)) != i)
				err_quit("parent: expected %d, got %d", i, counter);

			TELL_CHILD(pid);
			WAIT_CHILD();
		}
	} else {						/* child */
		for (i = 1; i < NLOOPS + 1; i += 2) {
			WAIT_PARENT();

			if ((counter = update((long *)area)) != i)
				err_quit("child: expected %d, got %d", i, counter);

			TELL_PARENT(getppid());
		}
	}

	exit(0);
}

1）open以讀寫方式打開/dev/zero設備

2）調用mmap函數映射存儲區fd----->void *。（優勢：調用此函數建立映射以前，無需存在一個實際的文件）

3）close關閉fd

4）父子進程使用TELL_CHILD(),TELL_PARENT(),WAIT_CHILD(),WAIT_PARENT()同步（這些函數經過SIGUSR1和SIGUSR2信號進行同步）。

#include "apue.h"

static volatile sig_atomic_t sigflag; /* set nonzero by sig handler */
static sigset_t newmask, oldmask, zeromask;

static void
sig_usr(int signo)	/* one signal handler for SIGUSR1 and SIGUSR2 */
{
	sigflag = 1;
}

void
TELL_WAIT(void)
{
	if (signal(SIGUSR1, sig_usr) == SIG_ERR)
		err_sys("signal(SIGUSR1) error");
	if (signal(SIGUSR2, sig_usr) == SIG_ERR)
		err_sys("signal(SIGUSR2) error");
	sigemptyset(&zeromask);
	sigemptyset(&newmask);
	sigaddset(&newmask, SIGUSR1);
	sigaddset(&newmask, SIGUSR2);

	/* Block SIGUSR1 and SIGUSR2, and save current signal mask */
	if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask) < 0)
		err_sys("SIG_BLOCK error");
}

void
TELL_PARENT(pid_t pid)
{
	kill(pid, SIGUSR2);		/* tell parent we're done */
}

void
WAIT_PARENT(void)
{
	while (sigflag == 0)
		sigsuspend(&zeromask);	/* and wait for parent */
	sigflag = 0;

	/* Reset signal mask to original value */
	if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL) < 0)
		err_sys("SIG_SETMASK error");
}

void
TELL_CHILD(pid_t pid)
{
	kill(pid, SIGUSR1);			/* tell child we're done */
}

void
WAIT_CHILD(void)
{
	while (sigflag == 0)
		sigsuspend(&zeromask);	/* and wait for child */
	sigflag = 0;

	/* Reset signal mask to original value */
	if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL) < 0)
		err_sys("SIG_SETMASK error");
}

1）

int sigsuspend(const sigset_t *mask);

    臨時改變信號掩碼並掛起，直到某信號到達。

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

    此處用於改回信號掩碼。

kill函數：發送信號給進程。

（7）實例：匿名存儲映射。

匿名：不經過一個文件描述符與一個路徑名相結合，而且建立了一個可與後代進程共享的存儲區。

（8）在兩個無關進程之間使用共享存儲段的方法：

1）XSI共享存儲函數。

2）mmap將同一文件映射至它們的地址空間。

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15.10 POSIX信號量

（1）POSIX信號量接口意在解決XSI信號量接口的幾個缺陷。

（2）兩種形式：

1）未命名信號量：只存在於內存中，並要求能使用信號量的進程必須能夠訪問內存。（同一進程的線程或已映射內存）

2）命名信號量：能夠經過名字訪問，能夠被任何已知它們名字的進程中的線程使用。

（3）POSIX信號量的Linux實現將文件映射到了進程地址空間，而且沒有使用系統調用來操做各自的信號量。

（性能明顯好於XSI信號量）

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15.12 小結

（1）建議：使用管道和FIFO;考慮全雙工管道和記錄鎖以免消息隊列和信號量的使用。