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10.共享内存信号量集消息队列

news 来源：原创 2025/5/14 21:20:51

10.共享内存信号量集消息队列

- - **1. IPC对象操作通用框架**
  - **2. 共享内存（Shared Memory）**
  - **3. 信号量集（Semaphore）**
  - **4. 消息队列（Message Queue）**
  - **5. 练习与作业**
  - **6. 总结**

1. IPC对象操作通用框架

操作流程：
1. 生成唯一键值（ftok）：
```
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
```
  - 功能：通过路径和项目ID生成唯一键值。
  - 参数：
    - pathname：文件路径。
    - proj_id：项目ID（通常为ASCII字符）。
  - 返回值：成功返回键值，失败返回-1。
2. 申请IPC对象：
  - 共享内存：shmget。
  - 信号量集：semget。
  - 消息队列：msgget。
3. 操作IPC对象：
  - 共享内存：shmat、shmdt。
  - 信号量集：semop。
  - 消息队列：msgsnd、msgrcv。
4. 删除IPC对象：
  - 共享内存：shmctl。
  - 信号量集：semctl。
  - 消息队列：msgctl。

2. 共享内存（Shared Memory）

特性：
- 效率最高的进程间通信方式。
- 多个进程可以共享同一块内存区域。
操作流程：
1. 申请共享内存：
```
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
```
  - 功能：申请共享内存。
  - 参数：
    - key：唯一键值。
    - size：共享内存大小。
    - shmflg：权限标志（如IPC_CREAT|0666）。
  - 返回值：成功返回共享内存ID，失败返回-1。
2. 映射共享内存：
```
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
```
  - 功能：将共享内存映射到进程地址空间。
  - 参数：
    - shmid：共享内存ID。
    - shmaddr：映射地址（通常为NULL，由系统分配）。
    - shmflg：映射标志（如0表示读写，SHM_RDONLY表示只读）。
  - 返回值：成功返回映射地址，失败返回(void*)-1。
3. 读写共享内存：
  - 使用memcpy、strcpy等函数直接操作映射地址。
4. 撤销映射：
```
int shmdt(const void *shmaddr);
```
  - 功能：断开共享内存映射。
  - 参数：shmaddr：映射地址。
  - 返回值：成功返回0，失败返回-1。
5. 删除共享内存：
```
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
```
  - 功能：删除共享内存。
  - 参数：
    - shmid：共享内存ID。
    - cmd：命令（如IPC_RMID表示删除）。
    - buf：共享内存信息结构体（通常为NULL）。
  - 返回值：成功返回0，失败返回-1。

3. 信号量集（Semaphore）

特性：
- 用于解决共享内存的临界资源访问问题。
- 通过P（sem_wait）和V（sem_post）操作实现同步。
操作流程：
1. 申请信号量集：
```
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
```
  - 功能：申请信号量集。
  - 参数：
    - key：唯一键值。
    - nsems：信号量数量。
    - semflg：权限标志（如IPC_CREAT|0666）。
  - 返回值：成功返回信号量集ID，失败返回-1。
2. 初始化信号量：
  - 使用semctl初始化信号量值。
3. P/V操作：
```
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
```
  - 功能：执行P/V操作。
  - 参数：
    - semid：信号量集ID。
    - sops：操作结构体数组。
    - nsops：操作数量。
  - 返回值：成功返回0，失败返回-1。
4. 删除信号量集：
```
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
```
  - 功能：删除信号量集。
  - 参数：
    - semid：信号量集ID。
    - semnum：信号量编号。
    - cmd：命令（如IPC_RMID表示删除）。
  - 返回值：成功返回0，失败返回-1。

4. 消息队列（Message Queue）

特性：
- 用于进程间传递消息。
- 消息以队列形式存储，先进先出（FIFO）。
操作流程：
1. 申请消息队列：
```
int msgget(key_t key, int msgflg);
```
  - 功能：申请消息队列。
  - 参数：
    - key：唯一键值。
    - msgflg：权限标志（如IPC_CREAT|0666）。
  - 返回值：成功返回消息队列ID，失败返回-1。
2. 发送消息：
```
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
```
  - 功能：发送消息。
  - 参数：
    - msqid：消息队列ID。
    - msgp：消息结构体指针。
    - msgsz：消息大小。
    - msgflg：发送标志（如0表示阻塞）。
  - 返回值：成功返回0，失败返回-1。
3. 接收消息：
```
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
```
  - 功能：接收消息。
  - 参数：
    - msqid：消息队列ID。
    - msgp：消息结构体指针。
    - msgsz：消息大小。
    - msgtyp：消息类型。
    - msgflg：接收标志（如0表示阻塞）。
  - 返回值：成功返回消息大小，失败返回-1。
4. 删除消息队列：
```
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
```
  - 功能：删除消息队列。
  - 参数：
    - msqid：消息队列ID。
    - cmd：命令（如IPC_RMID表示删除）。
    - buf：消息队列信息结构体（通常为NULL）。
  - 返回值：成功返回0，失败返回-1。

5. 练习与作业

练习1：使用共享内存完成两个进程间的通信，共享一个数字。
练习2：设计两个进程，进程1获取用户输入并写入共享内存，进程2读取共享内存并打印输出，遇到exit时退出。

作业1：封装信号量的P/V操作函数：

int my_sem_wait(int id, int sem);
int my_sem_post(int id, int sem);

作业2：使用信号量集解决共享内存的临界资源访问问题。

6. 总结

共享内存：效率最高的IPC方式，适合大数据量传输。
信号量集：用于解决共享内存的同步问题。
消息队列：适合进程间传递结构化消息。

10.共享内存信号量集消息队列

10.共享内存信号量集消息队列 **1. IPC对象操作通用框架****2. 共享内存（Shared Memory）****3. 信号量集（Semaphore）****4. 消息队列（Message Queue）****5. 练习与作业****6. 总结** 1. IPC对象操作通用框…...

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