嵌入式学习第二十四天！（进程间通信：消息队列、共享内存、信号灯）

news2024/11/24 9:46:46

进程间的通信：

  消息队列、共享内存、信号灯：

     1. IPC对象：内存文件

        1. ipcs：

            查看系统中的消息队列，共享内存、信号灯的信息

        2. ipcrm：

            删除消息队列、共享内存、信号灯

ipcrm -Q/-M/-S key
ipcrm -q/-m/-s 消息对立ID/共享内存ID/信号灯ID

1. 消息队列：

    1. 操作流程：

        创建消息队列 -> 发送消息 -> 接收消息

    2. 函数接口：

        1. ftok：
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

          功能：根据pathname和proj_id生成一个key_t类型的key值，将来可以创建消息队列、共享内存、信号灯

          参数：

              pathename：文件路径

              proj_id：8位非0值

          返回值：

              成功返回key_t类型的IPC对象的key值
              失败返回-1 

        2. msgsnd：
int msgget(key_t key, int msgflg);

          功能：根据key值对象的IPC对象创建一个消息队列

          参数：

              key：IPC对象名字

              msgflg：IPC_CREAT    对象不存在就创建

                            IPC_EXCL       对象存在报错

                            IPC_CREAT | 0664

          返回值：

              成功返回消息队列ID
              失败返回-1

        3.  msgsnd：
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

          功能：向消息队列中发送消息

          参数：

              msqid：消息队列的ID号

              msgp：发送消息空间的首地址

struct msgbuf
{
    int mtypes;    /* message type, must be > 0 */
    char mtext[1]  /* message data */
};

              msgz：发送消息内容的大小（不包含发送消息类型）

              msgflg：属性，默认位0

          返回值：

              成功返回0 
              失败返回-1 

        4. msgrcv：
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

          功能：从消息队列中接收消息

          参数：

              msqid：消息队列的ID号

              msgp：存放接收到消息空间的首地址

              msgsz：最多接收消息的空间大小

              msgtype：想要接收消息的类型

              msgflg：属性，默认为0

          返回值：

              成功返回实际接收的字节数
              失败返回-1 

        5. msgctl：
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

          功能：向消息队列发送一条cmd命令

          参数：

              msqid：消息队列的ID号

              cmd：IPC_RMID  删除消息队列

              buf：默认传NULL

        练习：

          利用消息队列实现clientA和clientB两个进程任务的全双工聊天功能

clientA.c

 #include "head.h"

key_t key;
int msgid = 0;
pthread_t atob;
pthread_t btoa;

struct msgbuf
{
	long mtype;
	char mtext[256];
};

void *thread_atob(void *arg)
{
	struct msgbuf sndmsg;
	while(1)
	{
		memset(&sndmsg, 0, sizeof(sndmsg));
		sndmsg.mtype = 100;
		gets(sndmsg.mtext);
		msgsnd(msgid, &sndmsg, sizeof(struct msgbuf)-sizeof(long), 0);
		
		if(strcmp(sndmsg.mtext, ".quit") == 0)
		{
			break;
		}
	}
	pthread_cancel(atob);
	return NULL;

}

void *thread_btoa(void *arg)
{
	struct msgbuf recmsg;
	while(1)
	{
		memset(&recmsg, 0, sizeof(recmsg));
		msgrcv(msgid, &recmsg, sizeof(recmsg)-sizeof(long), 200, 0);
		printf("RECV:%s\n", recmsg.mtext);

		if(strcmp(recmsg.mtext, ".quit") == 0)
		{
			break;
		}
	}
	pthread_cancel(btoa);
	return NULL;
}

int main(void)
{
	pthread_create(&atob, NULL, thread_atob, NULL);
	pthread_create(&btoa, NULL, thread_btoa, NULL);

	key = ftok(".", 'a');
	if(key == -1)
	{
		perror("fail to ftok");
		return -1;
	}

	msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0664);
	if(msgid == -1)
	{
		perror("fail to msgget");
		return -1;
	}

	pthread_join(atob, NULL);
	pthread_join(btoa, NULL);
		
	msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);

	return 0;
}

clientB.c

#include "head.h"

key_t key;
int msgid = 0;
pthread_t atob;
pthread_t btoa;

struct msgbuf
{
	long mtype;
	char mtext[256];
};


void *thread_btoa(void *arg)
{
	struct msgbuf sndmsg;
	while(1)
	{
		memset(&sndmsg, 0, sizeof(sndmsg));
		sndmsg.mtype = 200;
		gets(sndmsg.mtext);
		msgsnd(msgid, &sndmsg, sizeof(struct msgbuf)-sizeof(long), 0);
		
		if(strcmp(sndmsg.mtext, ".quit") == 0)
		{
			break;
		}
	}
	pthread_cancel(btoa);

	return NULL;
}

void *thread_atob(void *arg)
{
	struct msgbuf recmsg;
	while(1)
	{
		memset(&recmsg, 0, sizeof(recmsg));
		msgrcv(msgid, &recmsg, sizeof(recmsg)-sizeof(long), 100, 0);
		printf("RECV:%s\n", recmsg.mtext);
		
		if(strcmp(recmsg.mtext, ".quit") == 0)
		{
			break;
		}
	}
	pthread_cancel(atob);
	return NULL;
}

int main(void)
{
	pthread_create(&atob, NULL, thread_atob, NULL);
	pthread_create(&btoa, NULL, thread_btoa, NULL);
	
	key = ftok(".", 'a');
	if(key == -1)
	{
		perror("fail to ftok");
		return -1;
	}

	msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0664);
	if(msgid == -1)
	{
		perror("fail to msgget");
		return -1;
	}

	pthread_join(atob, NULL);
	pthread_join(btoa, NULL);
	
	msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);

	return 0;
}

2. 共享内存：

  进程间通信最高效的形式

  1. 操作方式：

        创建共享内存  ->  映射到共享内存中  ->  共享内存操作  ->  解除映射  ->  删除共享内存

  2. 函数接口：

        1. ftok：
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

          功能：根据pathname和proj_id生成一个key_t类型的key值，将来可以创建消息队列、共享内存、信号灯

          参数：

              pathename：文件路径

              proj_id：8位非0值

          返回值：

              成功返回key_t类型的IPC对象的key值
              失败返回-1 

        2. shmget：
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

          功能：创建一个共享内存

          参数：

              key：IPC对象名称

              size：共享内存的大小

              shmflg：

                    IPC_CREAT

                    IPC_EXCL

          返回值：

              成功返回共享内存ID
              失败返回-1 

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

          功能：将一个地址映射到共享内存中

          参数：

              shmid：共享内存ID号

              shmaddr：

                    NULL：让系统选择一个合适的地址映射

                    不为NULL：shmflg设定SHM_RND选择离给定地址最近的能够映射的地址进行映射，否则传递地址为4K的整数倍

        4. shmdt：
int shmdt(const void *shmaddr);

          功能：解除映射

          参数：

              shmaddr：映射的地址

          返回值：

              成功返回0 
              失败返回-1 

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

          功能：向共享内存发送命令

          参数：

              shmid：共享内存ID号

              cmd：IPC_RMID 删除共享内存

              buf：NULL

          返回值：

              成功返回0 
              失败返回-1

        练习：

              编写2个进程任务，write.c负责从终端接收字符串写入共享内存中，read.c负责将共享内存中的数据打印在终端

write.c

#include "head.h"

int main(void)
{
	key_t key;
	int shmid;
	char *pshm = NULL;
	
	key = ftok(".", 'a');
	if(key == -1)
	{
		perror("fail to ftok");
		return -1;
	}

	shmid = shmget(key, 4096, IPC_CREAT | 0664);
	if(shmid == -1)
	{
		perror("fail to shmget");
		return -1;
	}
	
	pshm = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
	if(pshm == NULL)
	{
		perror("fail to shmat");
		return -1;
	}
	
	while(1)
	{
		gets(pshm);
		if(!strcmp(pshm, ".quit"))
		{
			shmdt(pshm);
			break;
		}
	}
	shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

	return 0;
}
#include "head.h"

int main(void)
{
	key_t key;
	int shmid;
	char *pshm = NULL;
	char *ptmp = NULL;

	key = ftok(".", 'a');
	if(key == -1)
	{
		perror("fail to ftok");
		return -1;
	}

	shmid = shmget(key, 4096, IPC_CREAT | 0664);
	if(shmid == -1)
	{
		perror("fail to shmget");
		return -1;
	}
	
	pshm = shmat(shmid, NULL, 0);
	ptmp = malloc(4096);	
	
	strcpy(ptmp, pshm);

	while(1)
	{
		if (strcmp(pshm, ptmp) == 0)
		{
			continue;
		}
		else
		{
            printf("%s\n", pshm);
            strcpy(ptmp, pshm);
        }

		if(!strcmp(pshm, ".quit"))
		{
			free(ptmp);
			shmdt(pshm);
			break;
		}
	}

	shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

	return 0;
}

        在这里使用了一个ptmp和原来的pshm比较，从而实现了一个从终端写一个，接收一个，其实应该使用信号灯实现，但是在这里还没有学，所以先暂时使用这个来实现。如果不加判断的话，终端输出的结果如下所示：

        终端会一直持续打印共享内存中的数据，继而需要用到信号灯来实现，写一条，只接收一条

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