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  • 多线程、多进程通信 (java实现)
    千次阅读
    2018-04-10 21:59:34
    进程间通信方式

    1.管道(匿名管道 Pipe)//   PipedInputStream  、PipedOutputStream

    2.命名管道(NamedPipe/FIFO)//java 不支持?

    3.信号(Signal) // wait() notify() notifyall() 、管程

    4.消息队列(MessageQueue)

    5.共享内存 (SharedMemory)  //java 不支持?

    6.内存映射(MappedMemory)

    7.信号量(Semaphore)//理解其原子性操作,也是信号量之所以安全的原因

    8.套接字(Socket)  //应该都熟悉

    管道:

    管道(Pipe/匿名管道):在Linux下“一切皆文件”,其实这里的管道就是一个文件。管道实现进程通信就是让两个进程都能访问该文件。 管道流是JAVA中线程通讯的常用方式之一,

    管道的特征: 
    单向的,也就是说,两个进程都能访问这个文件,假设进程1往文件内写东西,那么进程2 就只能读取文件的内容。 简而言之数据只能从一端流向另一端而不应该双向流动否则会造成混乱。如果要两个线程之间互通讯,则需要两个管道流。
    ②只能用于具有血缘关系的进程间通信,通常用于父子进程建通信 
    ③管道是基于字节流来通信的 //byte类型
    ④依赖于文件系统,它的生命周期随进程的结束结束

    ⑤其本身自带同步互斥效果半双工通信

    管道容量大小:64K

    使用管道需要注意的4种特殊情况:
    (1)如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了,而仍然有进程从管道的读端读数据,那么文件内的所有内容被读完后再次read就会返回0,就像读到文件结尾。//强读返回0
    (2)如果有指向管道写端的文件描述符没有关闭(管道写段的引用计数大于0),而持有管道写端的进程没有向管道内写入数据,假如这时有进程从管道读端读数据,那么读完管道内剩余的数据后就会阻塞等待,直到有数据可读才读取数据并返回。//空读会阻塞
    (3)如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭,此时有进程通过写端文件描述符向管道内写数据时,则该进程就会收到SIGPIPE信号,并异常终止。//强写则发生异常
    (4)如果有指向管道读端的文件描述符没有关闭(管道读端的引用计数大于0),而持有管道读端的进程没有从管道内读数据,假如此时有进程通过管道写段写数据,那么管道被写满后就会被阻塞,直到管道内有空位置后才写入数据并返回。//写满则阻塞

    JAVA实现方式

    管道流是JAVA中线程通讯的常用方式之一,基本流程如下:
    1)创建管道输出流PipedOutputStream pos和管道输入流PipedInputStream pis
    2)将pos和pis匹配,pos.connect(pis);
    3)将pos赋给信息输入线程,pis赋给信息获取线程,就可以实现线程间的通讯了

    import java.io.IOException;
    import java.io.PipedInputStream;
    import java.io.PipedOutputStream;
    
    public class testPipeConnection {
    
        public static void main(String[] args) {
            /**
             * 创建管道输出流
             */
            PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream();
            /**
             * 创建管道输入流
             */
            PipedInputStream pis = new PipedInputStream();
            try {
                /**
                 * 将管道输入流与输出流连接 此过程也可通过重载的构造函数来实现
                 */
                pos.connect(pis);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            /**
             * 创建生产者线程
             */
            Producer p = new Producer(pos);
            /**
             * 创建消费者线程
             */
            Consumer1 c1 = new Consumer1(pis);
            /**
             * 启动线程
             */
            p.start();
            c1.start();
        }
    }
    
    /**
     * 生产者线程(与一个管道输入流相关联)
     * 
     */
    class Producer extends Thread {
        private PipedOutputStream pos;
    
        public Producer(PipedOutputStream pos) {
            this.pos = pos;
        }
    
        public void run() {
            int i = 0;
            try {
                while(true)
                {
                this.sleep(3000);
                pos.write(i);
                i++;
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    /**
     * 消费者线程(与一个管道输入流相关联)
     * 
     */
    class Consumer1 extends Thread {
        private PipedInputStream pis;
    
        public Consumer1(PipedInputStream pis) {
            this.pis = pis;
        }
    
        public void run() {
            try {
                while(true)
                {
                System.out.println("consumer1:"+pis.read());
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    命名管道(Name的Pipe/FIFO)
    Sorry,Java 不支持命名管道!!

    Java中的管道只先于线程间通信,如果要跨进程,就要使用JNI了。

    命名管道克服了管道没有名字的限制,因此,除具有管道所具有的功能外,它还允许无亲缘关系进程间的通信。命名管道在文件系统中有对应的文件名。命名管道通过命令mkfifo或系统调用mkfifo来创建。

    消息队列 MessageQueue

     Linux下消息队列用于运行于同一台机器上的进程间通信,它和管道很相似,是一个在系统内核中用来保存消息的队列,它在系统内核中是以消息链表的形式出现。消息链表中节点的结构用msg声明。事实上,它是一种正逐渐被淘汰的通信方式,我们可以用流管道或者套接口的方式来取代它,所以,我们对此方式也不再解释,也建议读者忽略这种方式。

    消息队列是消息的链接表,包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息,被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少,管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺

    消息队列的主要特点是异步处理,主要目的是减少请求响应时间和解耦。所以主要的使用场景就是将比较耗时而且不需要即时(同步)返回结果的操作作为消息放入消息队列。同时由于使用了消息队列,只要保证消息格式不变,消息的发送方和接收方并不需要彼此联系,也不需要受对方的影响,即解耦和。

    别人的java实现 https://www.cnblogs.com/pro-simian/p/7209806.html

    在android系统中每个线程都有一个消息队列 Looper ,activity线程默认是开启消息循环机制的,子线程需要手动开启。

    共享内存shared memory/内存映射Mapped memory

    https://www.cnblogs.com/swbzmx/p/5992247.html

    共享内存:使得多个进程可以访问同一块内存空间,是最快的可用IPC形式,因为数据不需要在不同的进程间复制。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。通常由一个进程创建一块共享内存区,其余进程对这块内存区进行 读写。往往与其它通信机制,如信号量结合使用,来达到进程间的同步及互斥。

    内存映射:内存映射允许任何多个进程间通信,每一个使用该机制的进程通过把一个共享的文件映射到自己的进程地址空间来实现它。

    linux得到共享内存有两种方式:映射/dev/mem设备和内存映像文件。

    java应用中只能创建映像文件共享内存(内存映射)。

    共享内存的使用有如下几个特点:   

        (1)可以被多个进程打开访问;     

         (2)读写操作的进程在执行读写操作时其他进程不能进行写操作;     

         (3)多个进程可以交替对某一共享内存执行写操作;     

        (4)一个进程执行了内存的写操作后,不影响其他进程对该内存的访问。同时其他进程对更新后的内存具有可见性。     

         (5)在进程执行写操作时如果异常退出,对其他进程写操作禁止应自动解除。    

    内存映射在java中的实现

    jdk1.4中提供的类MappedByteBuffer为我们实现共享内存提供了较好的方法。该缓冲区实际上是一个磁盘文件的内存映像。二者的变化将保持同步,即内存数据发生变化会立刻反映到磁盘文件中,这样会有效的保证共享内存的实现。   

    将共享内存和磁盘文件建立联系的是文件通道类:FileChannel。该类的加入是JDK为了统一对外部设备(文件、网络接口等)的访问方法,并且加强了多线程对同一文件进行存取的安全性。例如读写操作统一成read和write。这里只是用它来建立共享内存用,它建立了共享内存和磁盘文件之间的一个通道。 

    打开一个文件建立一个文件通道可以用RandomAccessFile类中的方法getChannel。该方法将直接返回一个文件通道。该文件通道由于对应的文件设为随机存取文件,一方面可以进行读写两种操作,另一方面使用它不会破坏映像文件的内容(如果用FileOutputStream直接打开一个映像文件会将该文件的大小置为0,当然数据会全部丢失)。这里,如果用   FileOutputStream和FileInputStream则不能理想的实现共享内存的要求,因为这两个类同时实现自由的读写操作要困难得多。   


    //   获得一个只读的随机存取文件对象 
    RandomAccessFile   RAFile   =   new   RandomAccessFile(filename,"r");  
    //   获得相应的文件通道 
    FileChannel   fc   =   RAFile.getChannel(); 
    //   取得文件的实际大小,以便映像到共享内存 
    int   size   =   (int)fc.size();  
    //   获得共享内存缓冲区,该共享内存只读 
    MappedByteBuffer   mapBuf   =   fc.map(FileChannel.MAP_RO,0,size); 
      
    
    //   获得一个可读写的随机存取文件对象 
    RAFile   =   new   RandomAccessFile(filename,"rw"); 
    //   获得相应的文件通道 
    fc   =   RAFile.getChannel();  
    //   取得文件的实际大小,以便映像到共享内存 
    size   =   (int)fc.size(); 
    //   获得共享内存缓冲区,该共享内存可读写 
    mapBuf   =   fc.map(FileChannel.MAP_RW,0,size);  
    //   获取头部消息:存取权限 
    mode   =   mapBuf.getInt();  

    对共享内存读写时应该考虑同步的问题

    共享内存在java应用中,经常有如下两种种应用:   
      (1)永久对象配置     
      在java服务器应用中,用户可能会在运行过程中配置一些参数,而这些参数需要永久有效,当服务器应用重新启动后,这些配置参数仍然可以对应用起作用。这就可以用到该文中的共享内存。该共享内存中保存了服务器的运行参数和一些对象运行特性。可以在应用启动时读入以启用以前配置的参数。   
        
      (2)查询共享数据     
      一个应用(例   sys.java)是系统的服务进程,其系统的运行状态记录在共享内存中,其中运行状态可能是不断变化的。为了随时了解系统的运行状态,启动另一个应用(例   mon.java),该应用查询该共享内存,汇报系统的运行状态。   
        

      可见,共享内存在java应用中还是很有用的,只要组织好共享内存的数据结构,共享内存就可以在应用开发中发挥很不错的作用。

    信号(Signal)

    参考:信号和信号量的比较 以及在java中的实现

     https://blog.csdn.net/sunset108/article/details/38819529

    信号是比较复杂的通信方式,用于通知接受进程有某种事件发生,除了用于进程间通信外,进程还可以发送 信号给进程本身;linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外,还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction(实际上,该函数是基于BSD的,BSD为了实现可靠信号机制,又能够统一对外接口,用sigaction函数重新实现了signal函数)。

    信号(Signal)是一种处理异步事件的通讯方式,用于通知其他进程或者自己本身,来告知将有某种事件发生。在Java中,信号机制通过wait(),notify()和notifyAll()来实现。其中wait()使得当前调用wait()的线程挂起,并释放已经获得的wait()所在代码块的锁;notify()用于随即唤醒一个被wait()挂起的线程进入线程调度队列;notifyAll()用于唤醒所有被wait()挂起的线程进入线程调度队列。

    (java 实现管程时可以使用wait 和notify实现)

    信号量(Semaphore)

    Semaphore是用来保护一个或者多个共享资源的访问,Semaphore内部维护了一个计数器,其值为可以访问的共享资源的个数。一个线程要访问共享资源,先获得信号量,如果信号量的计数器值大于1,意味着有共享资源可以访问,则使其计数器值减去1,再访问共享资源。

    如果计数器值为0,线程进入休眠。当某个线程使用完共享资源后,释放信号量,并将信号量内部的计数器加1,之前进入休眠的线程将被唤醒并再次试图获得信号量。

    主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。

    Semaphore 的原子操作检查数值、修改变量值、以及可能发生的睡眠操作均作为一个单一的不可分割的原子操作。

    java实现

    Semaphore semaphore = new Semaphore(10,true);  
    semaphore.acquire();  
    //do something here  
    semaphore.release(); 







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    千次阅读 2018-08-18 18:53:54
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    多进程:

    首先,先来讲一下fork之后,发生了什么事情。

    由fork创建的新进程被称为子进程(child process)。该函数被调用一次,但返回两次。两次返回的区别是子进程的返回值是0,而父进程的返回值则是新进程(子进程)的进程 id。将子进程id返回给父进程的理由是:因为一个进程的子进程可以多于一个,没有一个函数使一个进程可以获得其所有子进程的进程id。对子进程来说,之所以fork返回0给它,是因为它随时可以调用getpid()来获取自己的pid;也可以调用getppid()来获取父进程的id。(进程id 0总是由交换进程使用,所以一个子进程的进程id不可能为0 )。

    fork之后,操作系统会复制一个与父进程完全相同的子进程,虽说是父子关系,但是在操作系统看来,他们更像兄弟关系,这2个进程共享代码空间,但是数据空间是互相独立的,子进程数据空间中的内容是父进程的完整拷贝,指令指针也完全相同,子进程拥有父进程当前运行到的位置两进程的程序计数器pc值相同,也就是说,子进程是从fork返回处开始执行的),但有一点不同,如果fork成功,子进程中fork的返回值是0,父进程中fork的返回值是子进程的进程号,如果fork不成功,父进程会返回错误。
    可以这样想象,2个进程一直同时运行,而且步调一致,在fork之后,他们分别作不同的工作,也就是分岔了。这也是fork为什么叫fork的原因

    至于那一个最先运行,可能与操作系统(调度算法)有关,而且这个问题在实际应用中并不重要,如果需要父子进程协同,可以通过原语的办法解决。


     

    常见的通信方式:

    1. 管道pipe:管道是一种半双工的通信方式,数据只能单向流动,而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
    2. 命名管道FIFO:有名管道也是半双工的通信方式,但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
    4. 消息队列MessageQueue:消息队列是由消息的链表,存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
    5. 共享存储SharedMemory:共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存,这段共享内存由一个进程创建,但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式,它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制,如信号两,配合使用,来实现进程间的同步和通信。
    6. 信号量Semaphore:信号量是一个计数器,可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制,防止某进程正在访问共享资源时,其他进程也访问该资源。因此,主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
    7. 套接字Socket:套解口也是一种进程间通信机制,与其他通信机制不同的是,它可用于不同及其间的进程通信。
    8. 信号 ( sinal ) : 信号是一种比较复杂的通信方式,用于通知接收进程某个事件已经发生。

     

    信号:

    信号是Linux系统中用于进程之间通信或操作的一种机制,信号可以在任何时候发送给某一进程,而无须知道该进程的状态。如果该进程并未处于执行状态,则该信号就由内核保存起来,知道该进程恢复执行并传递给他为止。如果一个信号被进程设置为阻塞,则该信号的传递被延迟,直到其阻塞被取消时才被传递给进程。

     

    Linux提供了几十种信号,分别代表着不同的意义。信号之间依靠他们的值来区分,但是通常在程序中使用信号的名字来表示一个信号。在Linux系统中,这些信号和以他们的名称命名的常量被定义在/usr/includebitssignum.h文件中。通常程序中直接包含<signal.h>就好。

     

    信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟,是一种异步通信方式,信号可以在用户空间进程和内核之间直接交互。内核也可以利用信号来通知用户空间的进程来通知用户空间发生了哪些系统事件。信号事件有两个来源:

    1)硬件来源,例如按下了cltr+C,通常产生中断信号sigint

    2)软件来源,例如使用系统调用或者命令发出信号。最常用的发送信号的系统函数是kill,raise,setitimer,sigation,sigqueue函数。软件来源还包括一些非法运算等操作。

     

    一旦有信号产生,用户进程对信号产生的相应有三种方式:

    1)执行默认操作,linux对每种信号都规定了默认操作。

    2)捕捉信号,定义信号处理函数,当信号发生时,执行相应的处理函数。

    3)忽略信号,当不希望接收到的信号对进程的执行产生影响,而让进程继续执行时,可以忽略该信号,即不对信号进程作任何处理。

      有两个信号是应用进程无法捕捉和忽略的,即SIGKILL和SEGSTOP,这是为了使系统管理员能在任何时候中断或结束某一特定的进程。

    上图表示了Linux中常见的命令

    1、信号发送:

    信号发送的关键使得系统知道向哪个进程发送信号以及发送什么信号。下面是信号操作中常用的函数:

    例子:创建子进程,为了使子进程不在父进程发出信号前结束,子进程中使用raise函数发送sigstop信号,使自己暂停;父进程使用信号操作的kill函数,向子进程发送sigkill信号,子进程收到此信号,结束子进程。

    2、信号处理

    当某个信号被发送到一个正在运行的进程时,该进程即对次特定的信号注册相应的信号处理函数,以完成所需处理。设置信号处理方式的是signal函数,在程序正常结束前,在应用signal函数恢复系统对信号的

    默认处理方式。

    3.信号阻塞

    有时候既不希望进程在接收到信号时立刻中断进程的执行,也不希望此信号完全被忽略掉,而是希望延迟一段时间再去调用信号处理函数,这个时候就需要信号阻塞来完成。

     

    例子:主程序阻塞了cltr+c的sigint信号。用sigpromask将sigint假如阻塞信号集合。

     

    管道:

    管道允许在进程之间按先进先出的方式传送数据,是进程间通信的一种常见方式。

    管道是Linux 支持的最初Unix IPC形式之一,具有以下特点:

    1) 管道是半双工的,数据只能向一个方向流动;需要双方通信时,需要建立起两个管道

    2) 匿名管道只能用于父子进程或者兄弟进程之间(具有亲缘关系的进程);

    3) 单独构成一种独立的文件系统:管道对于管道两端的进程而言,就是一个文件,但它不是普通的文件,它不属于某种文件系统,而是自立门户,单独构成一种文件系统,并且只存在与内存中。

     

    管道分为pipe(无名管道)和fifo(命名管道)两种,除了建立、打开、删除的方式不同外,这两种管道几乎是一样的。他们都是通过内核缓冲区实现数据传输。

    • pipe用于相关进程之间的通信,例如父进程和子进程,它通过pipe()系统调用来创建并打开,当最后一个使用它的进程关闭对他的引用时,pipe将自动撤销。
    • FIFO即命名管道,在磁盘上有对应的节点,但没有数据块——换言之,只是拥有一个名字和相应的访问权限,通过mknode()系统调用或者mkfifo()函数来建立的。一旦建立,任何进程都可以通过文件名将其打开和进行读写,而不局限于父子进程,当然前提是进程对FIFO有适当的访问权。当不再被进程使用时,FIFO在内存中释放,但磁盘节点仍然存在。

    管道的实质是一个内核缓冲区,进程以先进先出的方式从缓冲区存取数据:管道一端的进程顺序地将进程数据写入缓冲区,另一端的进程则顺序地读取数据,该缓冲区可以看做一个循环队列,读和写的位置都是自动增加的,一个数据只能被读一次,读出以后再缓冲区都不复存在了。当缓冲区读空或者写满时,有一定的规则控制相应的读进程或写进程是否进入等待队列,当空的缓冲区有新数据写入或慢的缓冲区有数据读出时,就唤醒等待队列中的进程继续读写。

    无名管道:

    pipe的例子:父进程创建管道,并在管道中写入数据,而子进程从管道读出数据

    命名管道:

    和无名管道的主要区别在于,命名管道有一个名字,命名管道的名字对应于一个磁盘索引节点,有了这个文件名,任何进程有相应的权限都可以对它进行访问。

    而无名管道却不同,进程只能访问自己或祖先创建的管道,而不能访任意访问已经存在的管道——因为没有名字。

     

    Linux中通过系统调用mknod()或makefifo()来创建一个命名管道。最简单的方式是通过直接使用shell

    mkfifo myfifo

     

     等价于

    mknod myfifo p

     

    以上命令在当前目录下创建了一个名为myfifo的命名管道。用ls -p命令查看文件的类型时,可以看到命名管道对应的文件名后有一条竖线"|",表示该文件不是普通文件而是命名管道。

    使用open()函数通过文件名可以打开已经创建的命名管道,而无名管道不能由open来打开。当一个命名管道不再被任何进程打开时,它没有消失,还可以再次被打开,就像打开一个磁盘文件一样。

    可以用删除普通文件的方法将其删除,实际删除的事磁盘上对应的节点信息。

    例子:用命名管道实现聊天程序,一个张三端,一个李四端。两个程序都建立两个命名管道,fifo1,fifo2,张三写fifo1,李四读fifo1;李四写fifo2,张三读fifo2。

    用select把,管道描述符和stdin假如集合,用select进行阻塞,如果有i/o的时候唤醒进程。(粉红色部分为select部分,黄色部分为命名管道部分)

     

     

    在linux系统中,除了用pipe系统调用建立管道外,还可以使用C函数库中管道函数popen函数来建立管道,使用pclose关闭管道。

    例子:设计一个程序用popen创建管道,实现 ls -l |grep main.c的功能

    分析:先用popen函数创建一个读管道,调用fread函数将ls -l的结果存入buf变量,用printf函数输出内容,用pclose关闭读管道;

    接着用popen函数创建一个写管道,调用fprintf函数将buf的内容写入管道,运行grep命令。

    popen的函数原型:

    FILE* popen(const char* command,const char* type);

     

    参数说明:command是子进程要执行的命令,type表示管道的类型,r表示读管道,w代表写管道。如果成功返回管道文件的指针,否则返回NULL。

    使用popen函数读写管道,实际上也是调用pipe函数调用建立一个管道,再调用fork函数建立子进程,接着会建立一个shell 环境,并在这个shell环境中执行参数所指定的进程。

    消息队列:

    消息队列,就是一个消息的链表,是一系列保存在内核中消息的列表。用户进程可以向消息队列添加消息,也可以向消息队列读取消息。

    消息队列与管道通信相比,其优势是对每个消息指定特定的消息类型,接收的时候不需要按照队列次序,而是可以根据自定义条件接收特定类型的消息。

    可以把消息看做一个记录,具有特定的格式以及特定的优先级。对消息队列有写权限的进程可以向消息队列中按照一定的规则添加新消息,对消息队列有读权限的进程可以从消息队列中读取消息。

    消息队列的常用函数如下表:

    进程间通过消息队列通信,主要是:创建或打开消息队列,添加消息,读取消息和控制消息队列。

    例子:用函数msget创建消息队列,调用msgsnd函数,把输入的字符串添加到消息队列中,然后调用msgrcv函数,读取消息队列中的消息并打印输出,最后再调用msgctl函数,删除系统内核中的消息队列。(黄色部分是消息队列相关的关键代码,粉色部分是读取stdin的关键代码)

    共享内存:

    共享内存允许两个或多个进程共享一个给定的存储区,这一段存储区可以被两个或两个以上的进程映射至自身的地址空间中,一个进程写入共享内存的信息,可以被其他使用这个共享内存的进程,通过一个简单的内存读取错做读出,从而实现了进程间的通信。

     

    采用共享内存进行通信的一个主要好处是效率高,因为进程可以直接读写内存,而不需要任何数据的拷贝,对于像管道和消息队里等通信方式,则需要再内核和用户空间进行四次的数据拷贝,而共享内存则只拷贝两次:一次从输入文件到共享内存区,另一次从共享内存到输出文件。

    一般而言,进程之间在共享内存时,并不总是读写少量数据后就解除映射,有新的通信时在重新建立共享内存区域;而是保持共享区域,直到通信完毕为止,这样,数据内容一直保存在共享内存中,并没有写回文件。共享内存中的内容往往是在解除映射时才写回文件,因此,采用共享内存的通信方式效率非常高。

    共享内存有两种实现方式:1、内存映射 2、共享内存机制

    1、内存映射

    内存映射 memory map机制使进程之间通过映射同一个普通文件实现共享内存,通过mmap()系统调用实现。普通文件被映射到进程地址空间后,进程可以

    像访问普通内存一样对文件进行访问,不必再调用read/write等文件操作函数。

    例子:创建子进程,父子进程通过匿名映射实现共享内存。

    分析:主程序中先调用mmap映射内存,然后再调用fork函数创建进程。那么在调用fork函数之后,子进程继承父进程匿名映射后的地址空间,同样也继承mmap函数的返回地址,这样,父子进程就可以通过映射区域进行通信了。

    2、UNIX System V共享内存机制

    IPC的共享内存指的是把所有的共享数据放在共享内存区域(IPC shared memory region),任何想要访问该数据的进程都必须在本进程的地址空间新增一块内存区域,用来映射存放共享数据的物理内存页面。

    和前面的mmap系统调用通过映射一个普通文件实现共享内存不同,UNIX system V共享内存是通过映射特殊文件系统shm中的文件实现进程间的共享内存通信。

    例子:设计两个程序,通过unix system v共享内存机制,一个程序写入共享区域,另一个程序读取共享区域。

    分析:一个程序调用fotk函数产生标准的key,接着调用shmget函数,获取共享内存区域的id,调用shmat函数,映射内存,循环计算年龄,另一个程序读取共享内存。

    (fotk函数在消息队列部分已经用过了,

    根据pathname指定的文件(或目录)名称,以及proj参数指定的数字,ftok函数为IPC对象生成一个唯一性的键值。)

    key_t ftok(char* pathname,char proj)

    原文转自:https://www.cnblogs.com/LUO77/p/5816326.html

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  • 本示例的代码中主要采用了信号量和共享内存来实现linux下多进程之间的通信
  • Windows 多进程通信API总结

    万次阅读 多人点赞 2015-08-30 20:16:25
    在一个大型的应用系统中,往往需要进程相互协作,进程通信(IPC,Inter Process Communication)就显得比较重要了。在Linux系统中,有很种IPC机制,比如说,信号(signal)、管道(pipe)、消息队列(message queue)...

    在一个大型的应用系统中,往往需要多个进程相互协作,进程间通信(IPC,Inter Process Communication)就显得比较重要了。在Linux系统中,有很多种IPC机制,比如说,信号(signal)、管道(pipe)、消息队列(message queue)、信号量(semaphore)和共享内存(shared memory)、套接字(socket)等,其实Windows操作系统也支持这些东西。在IBM的Developerworks发现了一篇关于Windows与Linux 之间IPC机制API比较的文章,写得很不错,链接

    http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc2lin1.html

    下面大部分内容是关于这些机制的API的实现。

    创建进程

    进程的创建可以调用CreateProcess函数,CreateProcess有三个重要的参数,运行进程的名称、指向STARTUPINFO结构的指针、指向PROCESS_INFORMATION结构的指针。其原型如下:

    BOOL CreateProcess
    (
    LPCTSTRlpApplicationName,
    LPTSTR lpCommandLine,
    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpProcessAttributes。
    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
    BOOL bInheritHandles,
    DWORD dwCreationFlags,
    LPVOID lpEnvironment,
    LPCTSTR lpCurrentDirectory,
    LPSTARTUPINFOlpStartupInfo,
    LPPROCESS_INFORMATIONlpProcessInformation
    );

    给个例子,如果启动时应用程序带有命令行参数,进程将输出命令行参数,并创建一个不带任何参数的子线程;如果不带有任何参数,则会输出一条提示消息。

    #include <Windows.h>
    #include <tchar.h>
    #include <iostream>
    using namespace std;
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){
    	STARTUPINFO startup_info;
    	PROCESS_INFORMATION process_info;
    	if (argc>1)
    	{
    		cout<<"Argument"<<argv[1]<<endl;
    		cout<<"开启子线程"<<endl;
    		ZeroMemory(&process_info,sizeof(process_info));
    		ZeroMemory(&startup_info,sizeof(startup_info));
    		startup_info.cb=sizeof(startup_info);
    		if (CreateProcess(argv[0],0,0,0,0,0,0,0,&startup_info,&process_info)==0)
    		{
    			cout<<"Error"<<endl;
    		}
    		WaitForSingleObject(process_info.hProcess,INFINITE);
    	}
    	else{
    		cout<<"No arguments"<<endl;
    	}
    	getchar();
    }
    

    再给个例子,利用CreateProcess开启一个新线程,启动IE浏览器,打开百度的主页,5s后再将其关闭。


    #include <Windows.h>
    #include <tchar.h>
    #include <iostream>
    using namespace std;
    #define IE L"C:\\Program Files\\Internet Explorer\\iexplore.exe"  
    #define CMD L"open http://www.baidu.com/"  
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){
    	STARTUPINFO startup_info;
    	GetStartupInfo(&startup_info);
    	PROCESS_INFORMATION process_info;
    	startup_info.dwFlags=STARTF_USESHOWWINDOW;
    	startup_info.wShowWindow=SW_HIDE;
    	if (!CreateProcess(IE,CMD,NULL, NULL, FALSE, CREATE_NO_WINDOW, NULL, NULL,&startup_info,&process_info))
    	{
    		cout<<"Create Process Error:"<<GetLastError()<<endl;
    		return 0;
    	}
    	Sleep(5000);
    	TerminateProcess(process_info.hProcess,0);
    	return 0;
    }
    

    被创建的句柄通过process_info.hProcess返回。如果传递参数给新的进程,第一个命令行参数必须重复应用程序名称,整个命令行会被传递给子进程。


    传递参数给新进程。

    #include <Windows.h>
    #include <tchar.h>
    #include <iostream>
    using namespace std;
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){
    	STARTUPINFO startup_info;
    	PROCESS_INFORMATION process_info;
    	if (argc==1)
    	{
    		cout<<"No arguments given starting child process"<<endl;
    		wchar_t argument[256];
    		wsprintf(argument,L"\"%s\" Hello",argv[0]);
    		ZeroMemory(&process_info,sizeof(process_info));
    		ZeroMemory(&startup_info,sizeof(startup_info));
    		startup_info.cb=sizeof(startup_info);
    		if (CreateProcess(argv[0],argument,0,0,0,0,0,0,&startup_info,&process_info)==0)
    		{
    			cout<<"Error "<<GetLastError()<<endl;
    		}
    		WaitForSingleObject(process_info.hProcess,INFINITE);
    	}
    	else{
    		cout<<"Argument "<<argv[1]<<endl;
    	}
    	getchar();
    }
    



    IPC

    进程间可以共享内存,进程建立具有共享属性的内存区域后,另一个进程可以打开此内存区域,并将其映射到自己的地址空间。共享内存可以使用文件映射函数CreateFileMapping,创建共享内存区域的句柄,通过MapViewOfFile()把这个区域映射到进程,然后再连接到现有的共享内存区域,可以通过OpenFileMapping获得句柄。在进程使用完共享内存后,需要调用UnmapViewOfFile()取消映射,再调用CloseHandle()关闭相应的句柄,避免内存泄露。

    给个例子,如果启动时应用程序不带任何参数,应用程序会创建一个子进程。父进程也将建立一个共享内存区域,并将一个字符串保存到共享内存。共享内存取名为sharedmemory,在Local\命名空间中创建,即该共享内存对该用户所有的全部进程可见。(进程的命名空间分为两种,全局命名空间以Global\标识符开头,本地命名空间以Local\开头)

    #include <Windows.h>
    #include <tchar.h>
    #include <iostream>
    using namespace std;
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){
    	STARTUPINFO startup_info;
    	PROCESS_INFORMATION process_info;
    	HANDLE filehandle;
    	TCHAR ID[]=TEXT("Local\\sharedmemory");
    	char* memory;
    	if (argc==1)
    	{
    		filehandle=CreateFileMapping(INVALID_HANDLE_VALUE,NULL,PAGE_READWRITE,0,1024,ID);
    		memory=(char*)MapViewOfFile(filehandle,FILE_MAP_ALL_ACCESS,0,0,0);
    		sprintf_s(memory,1024,"%s","Data from first process");
    		cout<<"First process:"<<memory<<endl;
    		ZeroMemory(&process_info,sizeof(process_info));
    		ZeroMemory(&startup_info,sizeof(startup_info));
    		startup_info.cb=sizeof(startup_info);
    
    		wchar_t cmdline[256];
    		wsprintf(cmdline,L"\"%s\" Child\n",argv[0]);
    		CreateProcessW(argv[0],cmdline,0,0,0,0,0,0,&startup_info,&process_info);
    		WaitForSingleObject(process_info.hProcess,INFINITE);
    		
    		UnmapViewOfFile(memory);
    		CloseHandle(filehandle);
    	}
    	else{
    		filehandle=OpenFileMapping(FILE_MAP_ALL_ACCESS,0,ID);
    		memory=(char*)MapViewOfFile(filehandle,FILE_MAP_ALL_ACCESS,0,0,0);
    		cout<<"Second process: "<<memory;
    		UnmapViewOfFile(memory);
    		CloseHandle(filehandle);
    	}
    	getchar();
    	return 0;
    }
    



    从结果可以看出,子进程连接到共享内存,并能输出父进程存储在那里的字符串。子进程输出字符串以后,就取消内存映射,关闭文件句柄,然后退出。子进程退出后,父进程就可以取消内存映射、关闭文件句柄并退出。


    子进程可以继承父进程所有资源的句柄,最简单的方法是通过命令行传递值。


    #include <Windows.h>
    #include <tchar.h>
    #include <iostream>
    using namespace std;
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){
    	STARTUPINFO startup_info;
    	PROCESS_INFORMATION process_info;
    	SECURITY_ATTRIBUTES sa;
    	HANDLE filehandle;
    	TCHAR ID[]=TEXT("Local\\sharedmemory");
    	wchar_t* memory;
    	if (argc==1)
    	{
    		//父进程
    		sa.nLength=sizeof(sa);//设置安全属性
    		sa.bInheritHandle=TRUE;//使句柄可以被继承
    		sa.lpSecurityDescriptor=NULL;
    
    		filehandle=CreateFileMapping(INVALID_HANDLE_VALUE,&sa,PAGE_READWRITE,0,1024,ID);
    		memory=(wchar_t*)MapViewOfFile(filehandle,FILE_MAP_ALL_ACCESS,0,0,0);
    		//用共享内存设置命令行
    		swprintf(memory,1024,L"\"%s\" %i",argv[0],filehandle);
    		cout<<"First process memory:"<<memory<<"  handle: "<<filehandle<<endl;
    		ZeroMemory(&process_info,sizeof(process_info));
    		ZeroMemory(&startup_info,sizeof(startup_info));
    		startup_info.cb=sizeof(startup_info);
    
    		//启动子进程
    		CreateProcess(NULL,memory,0,0,true,0,0,0,&startup_info,&process_info);
    		WaitForSingleObject(process_info.hProcess,INFINITE);
    		UnmapViewOfFile(memory);
    		CloseHandle(filehandle);
    	}
    	else{
    		filehandle=(HANDLE)_wtoi(argv[1]);//从argv[1]获得句柄
    		memory=(wchar_t*)MapViewOfFile(filehandle,FILE_MAP_ALL_ACCESS,0,0,0);
    		cout<<"Second process memory : "<<memory<<"  handle: "<<filehandle<<endl;
    		UnmapViewOfFile(memory);
    		CloseHandle(filehandle);
    	}
    	getchar();
    	return 0;
    }
    



    进程间共享互斥量,可以通过调用CreateMutex或者OpenMutex函数来获取互斥量的句柄。但是,只有一个进程可以创建互斥量,其他的进程只能打开现有的互斥量;互斥量的名称必须唯一;互斥量的名称必须传递给其他进程。

    #include <Windows.h>
    #include <tchar.h>
    #include <iostream>
    using namespace std;
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){
    	HANDLE sharedmutex;
    	STARTUPINFO startup_info;
    	PROCESS_INFORMATION process_info;
    	ZeroMemory(&process_info,sizeof(process_info));
    	ZeroMemory(&startup_info,sizeof(startup_info));
    	startup_info.cb=sizeof(startup_info);
    
    	sharedmutex=CreateMutex(0,0,L"mymutex");
    	if (GetLastError()!=ERROR_ALIAS_EXISTS)
    	{
    		if (CreateProcess(argv[0],0,0,0,0,0,0,0,&startup_info,&process_info)==0)
    		{
    			cout<<"Error : "<<GetLastError()<<endl;
    		}
    		WaitForSingleObject(process_info.hProcess,INFINITE);
    	}
    
    	WaitForSingleObject(sharedmutex,INFINITE);
    	for (int i=0;i<100;i++)
    	{
    		cout<<"Process "<<GetCurrentProcessId()<<" count"<<i<<endl;
    	}
    	ReleaseMutex(sharedmutex);
    	CloseHandle(sharedmutex);
    	getchar();
    	return 0;
    }
    



    使用共享互斥量来确保两个进程中一次只有一个能计数从0数到19,如果没有互斥量的话,那么两个进程可能同时在跑,则控制台的输出将是混合的输出,使用互斥量以后,一次只有一个进程在输出。

     

    也可以用管道进行通信,管道是流式通信的一种方式,管道有两种命名管道和匿名管道。匿名管道的创建可以调用CreatePipe(),创建命名管道可以调用CreateNamedPipe(),调用WriteFile通过管道发送数据,ReadFile从管道读取数据。

    #include <Windows.h>
    #include <tchar.h>
    #include <process.h>
    #include <iostream>
    #include <stdio.h>
    using namespace std;
    HANDLE readpipe,writepipe;
    unsigned int __stdcall stage1(void * param)
    {
    	char buf[200];
    	DWORD len;
    	for (int i=0;i<10;i++)
    	{
    		sprintf(buf,"Text %i",i);
    		WriteFile(writepipe,buf,strlen(buf)+1,&len,0);
    	}
    	CloseHandle(writepipe);
    	return 0;
    }
    unsigned int __stdcall stage2(void * param)
    {
    	char buf[200];
    	DWORD len;
    	while(ReadFile(readpipe,buf,200,&len,0))
    	{
    		DWORD offset=0;
    		while(offset<len)
    		{
    			cout<<&buf[offset]<<endl;
    			offset+=strlen(&buf[offset])+1;
    		}
    	}
    	CloseHandle(readpipe);
    	return 0;
    }
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){
    	HANDLE thread1,thread2;
    	CreatePipe(&readpipe,&writepipe,0,0);
    	thread1=(HANDLE)_beginthreadex(0,0,&stage1,0,0,0);
    	thread2=(HANDLE)_beginthreadex(0,0,&stage2,0,0,0);
    	WaitForSingleObject(thread1,INFINITE);
    	WaitForSingleObject(thread2,INFINITE);
    	getchar();
    	return 0;
    }
    

    第一个线程将文本信息放入管道,第二个线程接收并输出这些信息。

    还可以用套接字进行通信。WindowsSockets API以BSD Sockets API为基础,与类UNIX操作系统的代码很相似。

    #ifndef WIN32_LEAN_AND_MEAN
    #define WIN32_LEAN_AND_MEAN
    #endif
    #include <Windows.h>
    #include <tchar.h>
    #include <process.h>
    #include <WinSock2.h>
    #include <iostream>
    #include <stdio.h>
    #pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
    using namespace std;
    HANDLE hevent;
    //响应线程
    void handleecho(void *data)
    {
    	char buf[1024];
    	int count;
    	ZeroMemory(buf,sizeof(buf));
    	int socket=(int)data;
    	while((count=recv(socket,buf,1023,0))>0)
    	{
    		cout<<"received "<<buf<<"from client"<<endl;
    		int ret=send(socket,buf,count,0);
    	}
    	cout<<"close echo thread"<<endl;
    	shutdown(socket,SD_BOTH);
    	closesocket(socket);
    }
    //客户端线程
    unsigned int __stdcall client(void *data)
    {
    	SOCKET ConnectSockket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
    	WaitForSingleObject(hevent,INFINITE);
    
    	struct sockaddr_in server;
    	ZeroMemory(&server,sizeof(server));
    	server.sin_family=AF_INET;
    	server.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.1.107");
    	server.sin_port=7780;
    
    	connect(ConnectSockket,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server));
    
    	cout<<"send 'abcd' to server"<<endl;
    	char buf[1024];
    	ZeroMemory(buf,sizeof(buf));
    	strncpy_s(buf,1024,"abcd",5);
    	send(ConnectSockket,buf,strlen(buf)+1,0);
    
    	ZeroMemory(buf,sizeof(buf));
    	recv(ConnectSockket,buf,1024,0);
    	//cout<<"get "<<buf<<"from server"<<endl;
    	printf("get '%s' from server\n",buf);
    
    	cout<<"close client"<<endl;
    	shutdown(ConnectSockket,SD_BOTH);
    	closesocket(ConnectSockket);
    	return 0;
    }
    //服务器线程
    unsigned int __stdcall server(void *data)
    {
    	SOCKET newsocket;
    	SOCKET ServerSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
    	struct sockaddr_in server;
    	ZeroMemory(&server,sizeof(server));
    	server.sin_family=AF_INET;
    	server.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
    	server.sin_port=7780;
    
    	bind(ServerSocket,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server));
    	listen(ServerSocket,SOMAXCONN);
    
    	SetEvent(hevent);
    
    	while((newsocket=accept(ServerSocket,0,0))!=INVALID_SOCKET)
    	{
    		HANDLE newthread;
    		newthread=(HANDLE)_beginthread(&handleecho,0,(void *)newsocket);
    	}
    
    	cout<<"close server"<<endl;
    	shutdown(ServerSocket,SD_BOTH);
    	closesocket(ServerSocket);
    	return 0;
    }
    //主线程启动客户端线程和服务端线程
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){
    	HANDLE serverthread,clienthread;
    	WSADATA wsaData;
    
    	WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData);
    	hevent=CreateEvent(0,true,0,0);
    
    	serverthread=(HANDLE)_beginthreadex(0,0,&server,0,0,0);
    	clienthread=(HANDLE)_beginthreadex(0,0,&client,0,0,0);
    	WaitForSingleObject(clienthread,INFINITE);
    	CloseHandle(clienthread);
    
    	CloseHandle(hevent);
    	getchar();
    	WSACleanup();
    	return 0;
    }
    

    服务器线程的第一个操作是打开一个套接字,接着绑定连接。套接字置于监听状态,值SOMAXCONN包含排队等待接受的连接的最大值。然后服务器发信号给事件,事件继而使客户端线程尝试连接。接着,主线程循环等待接受连接,直到收到INVALID_SOCKET的连接。Windows套接字关闭时会发生这种情况。服务器线程在其他线程退出后清理退出。服务器每次接受一个连接时都会创建一个新线程,且新连接的标识会传递给新创建的线程。当循环收到INVALID_SOCKET时,服务器线程关闭,然后关闭套接字。

     


    Windows API也提供了很多原子操作,互锁函数。InterlockedIncrement就是一个互锁函数。

    #include <Windows.h>
    #include <tchar.h>
    #include <process.h>
    #include <iostream>
    using namespace std;
    int isPrime(int num)  
    {  
    	int i;  
    	for (i=2;i<(int)(sqrt((float)num)+1.0);i++)  
    	{  
    		if (num%i==0)  
    			return 0;  
    	}  
    	return 1;  
    }  
    volatile long counter=2;  
    unsigned int __stdcall test(void *)  
    {  
    	while (counter<20)  
    	{  
    		int num=InterlockedIncrement(&counter);
    		//int num=counter++;  
    		printf("Thread ID : %i; value = %i, is prime = %i\n",GetCurrentThreadId(),num,isPrime(num));  
    	}  
    	return 0;  
    }  
    int _tmain(int argc,_TCHAR* argv[])  
    {  
    	HANDLE h1,h2;  
    	h1=(HANDLE)_beginthreadex(0,0,&test,(void *)0,0,0);  
    	h2=(HANDLE)_beginthreadex(0,0,&test,(void *)0,0,0);  
    	WaitForSingleObject(h1,INFINITE);  
    	WaitForSingleObject(h2,INFINITE);  
    	CloseHandle(h1);  
    	CloseHandle(h2);  
    	getchar();  
    	return 0;  
    } 
    

    还有一个问题就是线程本地存储(TLS, ThreadLocal Storage),TLS 是一个机制,利用该机制,程序可以拥有全局变量,但处于“每一线程各不相同”的状态。也就是说,进程中的所有线程都可以拥有全局变量,但这些变量其实是特定对某个线程才有意义,各个线程拥有全局变量的一个副本,各自之间不相影响。每个线程访问数据的方式相同,但看不到其他线程持有的值。比如说,定义一个全局变量int a=10,那么在线程1中对a进行操作a=a-1,如果没用TLS,那么线程2开始获得的a就是9。但是,如果采取了TLS,不管线程1中对a的值进行了如何的修改操作,其他的线程一开始获得的a还是10,不会被修改。这个全局的变量a是没有存储在线程堆栈中的,是在全局的堆栈中,但是却被各个线程“共享”且互不影响。可以认为线程本地存储的本质是“全局”数据的作用域受到了执行线程的限制。

    线程本地分配可以调用__declspec、TlsAlloc()等函数。TlsAlloc可以分配全局索引,该索引由所有线程共享,但是每个线程存储在索引中的数据为调用的线程私有,也就是说其他线程看不到持有的值。当不再需要全局索引提供线程本地存储时,可以调用TlsFree来释放全局索引。

    给个例子。

    #include <Windows.h>
    #include <tchar.h>
    #include <process.h>
    #include <iostream>
    using namespace std;
    DWORD TLSIndex;
    void setdata(int value)
    {
    	cout<<"Thread "<<GetCurrentThreadId()<<": set value = "<<value<<endl;
    	TlsSetValue(TLSIndex,(void*)value);
    }
    void getdata()
    {
    	int value;
    	value=(int)TlsGetValue(TLSIndex);
    	cout<<"Thread "<<GetCurrentThreadId()<<": has value = "<<value<<endl;
    }
    unsigned int __stdcall workthread(void *data)
    {
    	int value=(int)data;
    	cout<<"Thread "<<GetCurrentThreadId()<<": got value = "<<value<<endl;
    	setdata(value);
    	Sleep(1000);
    	getdata();
    	return 0;
    }
    int _tmain(int argc,_TCHAR* argv[])  
    {
    	HANDLE h[8];
    	TLSIndex=TlsAlloc();
    	for (int i=0;i<8;i++)
    	{
    		h[i]=(HANDLE)_beginthreadex(0,0,&workthread,(void*)i,0,0);
    	}
    	for (int i=0;i<8;i++)
    	{
    		WaitForSingleObject(h[i],INFINITE);
    	}
    	TlsFree(TLSIndex);
    	getchar();
    	return 0;
    }
    

    线程本地存储用于保存传给各个线程的值,每个线程在被创建的时候就被传递一个唯一的值,并通过setdata存储在线程本地存储中。getdata可以读取线程本地值,每个线程调用setdata方法,接着休眠1s让其他线程运行,然后调用getdata读取数据。

     

    还有个问题,就是优先级的问题。线程的优先级越高,获得的CPU资源(时间)就越多。在有些情况下,调整一个应用程序中不同线程的优先级会非常有用。比如说,当某个应用执行一个长时间的后台任务时,为了保证机器的高响应性,这个后台任务最好以低优先级运行。

    Windows操作系统中提供了相关的API。

    #include <Windows.h>
    #include <tchar.h>
    #include <process.h>
    #include <iostream>
    #include <time.h>
    using namespace std;
    unsigned int __stdcall fastthread(void *data)
    {
    	double d=1.0;
    	cout<<"fast thread started"<<endl;
    	SetThreadPriority(GetCurrentThread(),THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL);
    	clock_t start=clock();
    	for (int i=0;i<1000000000;i++)
    	{
    		d+=i;
    	}
    	clock_t end=clock();
    	cout<<"fast thread finished, it takes "<<(double)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC<<"s to finish the task"<<endl;
    	return 0;
    }
    unsigned int __stdcall slowthread(void *data)
    {
    	double d=0.0;
    	cout<<"slow thread started"<<endl;
    	SetThreadPriority(GetCurrentThread(),THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL);
    	clock_t start=clock();
    	for (int i=0;i<1000000000;i++)
    	{
    		d+=i;
    	}
    	clock_t end=clock();
    	cout<<"slow thread finished, it takes "<<(double)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC<<"s to finnish the task"<<endl;
    	return 0;
    }
    int _tmain(int argc,_TCHAR* argv[])  
    {
    	HANDLE fast,slow;
    	slow=(HANDLE)_beginthreadex(0,0,&slowthread,0,0,0);
    	fast=(HANDLE)_beginthreadex(0,0,&fastthread,0,0,0);
    	WaitForSingleObject(fast,INFINITE);
    	WaitForSingleObject(slow,INFINITE);
    	getchar();
    	return 0;
    }
    


    有时候调整线程的优先级会带来优先级反转的问题。

    小结

    主要实现了windows操作系统中IPC的API,主要有进程之间共享内存、子进程中继承句柄、互斥量、管道、套接字等。此外,还有Windows中的互锁函数。线程本地化存储(TLS)、线程的优先级等。




    展开全文
  • 这是一个多进程通信的程序,有一个主进程和各种类型的子进程进行通信。
  • 进程通信(IPC,InterProcess Communication)是指在不同进程之间传播或交换信息。IPC的方式通常有管道(包括无名管道和命名管道)、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持...

    进程间通信(IPC,InterProcess Communication)是指在不同进程之间传播或交换信息。

    IPC的方式通常有管道(包括无名管道和命名管道)、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。

    以Linux中的C语言编程为例。

    一、管道

    管道,通常指无名管道,是 UNIX 系统IPC最古老的形式。

    1、特点

    • 它是半双工的(即数据只能在一个方向上流动),具有固定的读端和写端。
    • 它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信(也是父子进程或者兄弟进程之间)。
    • 它可以看成是一种特殊的文件,对于它的读写也可以使用普通的read、write等函数。但是它不是普通的文件,并不属于其他任何文件系统,并且只存在于内存中。

    2、原型

    #include <unistd.h>
    
    int pipe(int fd[2]);    // 返回值:若成功返回0,失败返回-1

    当一个管道建立时,它会创建两个文件描述符:fd[0]为读而打开,fd[1]为写而打开。如下图:

    这里写图片描述

    要关闭管道只需将这两个文件描述符关闭即可。

    3、例子

    单个进程中的管道几乎没有任何用处。所以,通常调用 pipe 的进程接着调用 fork,这样就创建了父进程与子进程之间的 IPC 通道。如下图所示:

    这里写图片描述

    若要数据流从父进程流向子进程,则关闭父进程的读端(fd[0])与子进程的写端(fd[1]);反之,则可以使数据流从子进程流向父进程。

    #include<stdio.h>
    #include<unistd.h>
    
    int main()
    {
        int fd[2];                         // 两个文件描述符
        pid_t pid;
        char buff[20];
    
        if (pipe(fd) < 0)                   // 创建管道
            printf("Create Pipe Error!\n");
    
        if ((pid = fork()) < 0) {          // 创建子进程
            printf("Fork Error!\n");
        } else if(pid > 0) {               // 父进程
            close(fd[0]);                  // 关闭读端
            write(fd[1], "hello world\n", 12);
        } else {
            close(fd[1]);                  // 关闭写端
            read(fd[0], buff, 20);
            printf("%s", buff);
        }
    
        return 0;
    }

    二、FIFO

    FIFO,也称为命名管道,它是一种文件类型。

    1、特点

    • FIFO可以在无关的进程之间交换数据,与无名管道不同。
    • FIFO有路径名与之相关联,它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。

    2、原型

    #include <sys/stat.h>
    
    int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);    // 返回值:成功返回0,出错返回-1

    其中的 mode 参数与open函数中的 mode 相同。一旦创建了一个 FIFO,就可以用一般的文件I/O函数操作它。

    当 open 一个FIFO时,是否设置非阻塞标志(O_NONBLOCK)的区别:

    • 若没有指定O_NONBLOCK(默认),只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO。类似的,只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它。
    • 若指定了O_NONBLOCK,则只读 open 立即返回。而只写 open 将出错返回 -1。如果没有进程已经为读而打开该 FIFO,其errno置ENXIO。

    3、例子

    FIFO的通信方式类似于在进程中使用文件来传输数据,只不过FIFO类型文件同时具有管道的特性。在数据读出时,FIFO管道中同时清除数据,并且“先进先出”。下面的例子演示了使用 FIFO 进行 IPC 的过程:

    write_fifo.c

    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<fcntl.h>
    #include<sys/stat.h>
    #include<time.h>
    
    int main()
    {
        int fd;
        int n, i;
        char buf[1024];
        time_t tp;
    
        printf("I am %d process.\n", getpid());   // 说明进程ID
    
        if((fd = open("fifo1", O_WRONLY)) < 0) {    // 以写打开一个FIFO 
            perror("Open FIFO Failed");
            exit(1);
        }
    
        for(i=0; i<10; ++i)
        {
            time(&tp);                           // 取系统当前时间
            n=sprintf(buf,"Process %d's time is %s",getpid(),ctime(&tp));
            printf("Send message: %s", buf);     // 打印
            if(write(fd, buf, n+1) < 0) {        // 写入到FIFO中
                perror("Write FIFO Failed");
                close(fd);
                exit(1);
            }
            sleep(1);
        }
    
        close(fd);                               // 关闭FIFO文件
        return 0;
    }

    read_fifo.c

    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<errno.h>
    #include<fcntl.h>
    #include<sys/stat.h>
    
    int main()
    {
        int fd;
        int len;
        char buf[1024];
    
        if (mkfifo("fifo1", 0666) < 0 && errno!=EEXIST) {   // 创建FIFO管道
            perror("Create FIFO Failed");
        }
    
        if ((fd = open("fifo1", O_RDONLY)) < 0) {    // 以读打开FIFO
            perror("Open FIFO Failed");
            exit(1);
        }
    
        while((len = read(fd, buf, 1024)) > 0) {    // 读取FIFO管道
            printf("Read message: %s", buf);
        }
    
        close(fd);
        return 0;
    }

    在两个终端里用 gcc 分别编译运行上面两个文件,可以看到输出结果如下:

    [leon@ubuntu]$ ./write_fifo 
    I am 5954 process.
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:28 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:29 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:30 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:31 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:32 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:33 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:34 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:35 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:36 2015
    Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:37 2015

    上述例子可以扩展成 客户进程—服务器进程 通信的实例,write_fifo的作用类似于客户端,可以打开多个客户端向一个服务器发送请求信息,read_fifo类似于服务器,它适时监控着FIFO的读端,当有数据时,读出并进行处理,但是有一个关键的问题是,每一个客户端必须预先知道服务器提供的FIFO接口,下图显示了这种安排:

    这里写图片描述

    三、消息队列

    消息队列,是消息的链接表,存放在内核中。一个消息队列由一个标识符(即队列ID)来标识。

    1、特点

    • 消息队列是面向记录的,其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。
    • 消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时,消息队列及其内容并不会被删除。
    • 消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。

    2、原型

    #include <sys/msg.h>
    // 创建或打开消息队列:成功返回队列ID,失败返回-1
    int msgget(key_t key, int flag);
    // 添加消息:成功返回0,失败返回-1
    int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);
    // 读取消息:成功返回消息数据的长度,失败返回-1
    int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);
    // 控制消息队列:成功返回0,失败返回-1
    int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

    在以下两种情况下,msgget将创建一个新的消息队列:

    • 如果没有与键值key相对应的消息队列,并且flag中包含了IPC_CREAT标志位。
    • key参数为IPC_PRIVATE。

    函数msgrcv在读取消息队列时,type参数有下面几种情况:

    • type == 0,返回队列中的第一个消息;
    • type > 0,返回队列中消息类型为 type 的第一个消息;
    • type < 0,返回队列中消息类型值小于或等于 type 绝对值的消息,如果有多个,则取类型值最小的消息。

    可以看出,type值非 0 时用于以非先进先出次序读消息。也可以把 type 看做优先级的权值。(其他的参数解释,请自行Google之)

    3、例子

    下面写了一个简单的使用消息队列进行IPC的例子,服务端程序一直在等待特定类型的消息,当收到该类型的消息以后,发送另一种特定类型的消息作为反馈,客户端读取该反馈并打印出来。

    msg_server.c

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/msg.h>
    
    // 用于创建一个唯一的key
    #define MSG_FILE "/etc/passwd"
    
    // 消息结构
    struct msg_form {
        long mtype;
        char mtext[256];
    };
    
    int main()
    {
        int msqid;
        key_t key;
        struct msg_form msg;
    
        // 获取key值
        if((key = ftok(MSG_FILE,'z')) < 0)
        {
            perror("ftok error");
            exit(1);
        }
    
        // 打印key值
        printf("Message Queue - Server key is: %d.\n", key);
    
        // 创建消息队列
        if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
        {
            perror("msgget error");
            exit(1);
        }
    
        // 打印消息队列ID及进程ID
        printf("My msqid is: %d.\n", msqid);
        printf("My pid is: %d.\n", getpid());
    
        // 循环读取消息
        for(;;) 
        {
            msgrcv(msqid, &msg, 256, 888, 0);// 返回类型为888的第一个消息
            printf("Server: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext);
            printf("Server: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype);
    
            msg.mtype = 999; // 客户端接收的消息类型
            sprintf(msg.mtext, "hello, I'm server %d", getpid());
            msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
        }
        return 0;
    }

    msg_client.c

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/msg.h>
    
    // 用于创建一个唯一的key
    #define MSG_FILE "/etc/passwd"
    
    // 消息结构
    struct msg_form {
        long mtype;
        char mtext[256];
    };
    
    int main()
    {
        int msqid;
        key_t key;
        struct msg_form msg;
    
        // 获取key值
        if ((key = ftok(MSG_FILE, 'z')) < 0) 
        {
            perror("ftok error");
            exit(1);
        }
    
        // 打印key值
        printf("Message Queue - Client key is: %d.\n", key);
    
        // 打开消息队列
        if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1) 
        {
            perror("msgget error");
            exit(1);
        }
    
        // 打印消息队列ID及进程ID
        printf("My msqid is: %d.\n", msqid);
        printf("My pid is: %d.\n", getpid());
    
        // 添加消息,类型为888
        msg.mtype = 888;
        sprintf(msg.mtext, "hello, I'm client %d", getpid());
        msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
    
        // 读取类型为777的消息
        msgrcv(msqid, &msg, 256, 999, 0);
        printf("Client: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext);
        printf("Client: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype);
        return 0;
    }

    四、信号量

    信号量(semaphore)与已经介绍过的 IPC 结构不同,它是一个计数器。信号量用于实现进程间的互斥与同步,而不是用于存储进程间通信数据。

    1、特点

    • 信号量用于进程间同步,若要在进程间传递数据需要结合共享内存。
    • 信号量基于操作系统的 PV操作,程序对信号量的操作都是原子操作。
    • 每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1,而且可以加减任意正整数。
    • 支持信号量组。

    2、原型

    最简单的信号量是只能取 0 和 1 的变量,这也是信号量最常见的一种形式,叫做二值信号量(Binary Semaphore)。而可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。

    Linux 下的信号量函数都是在通用的信号量数组上进行操作,而不是在一个单一的二值信号量上进行操作。

    #include <sys/sem.h>
    // 创建或获取一个信号量组:若成功返回信号量集ID,失败返回-1
    int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
    // 对信号量组进行操作,改变信号量的值:成功返回0,失败返回-1
    int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);  
    // 控制信号量的相关信息
    int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);

    当semget创建新的信号量集合时,必须指定集合中信号量的个数(即num_sems),通常为1; 如果是引用一个现有的集合,则将num_sems指定为 0 。

    在semop函数中,sembuf结构的定义如下:

    struct sembuf 
    {
        short sem_num; // 信号量组中对应的序号,0~sem_nums-1
        short sem_op;  // 信号量值在一次操作中的改变量
        short sem_flg; // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
    }

    其中 sem_op 是一次操作中的信号量的改变量:

    • 若sem_op > 0,表示进程释放相应的资源数,将 sem_op的值加到信号量的值上。如果有进程正在休眠等待此信号量,则唤醒它们。
    • 若sem_op < 0,请求 sem_op的绝对值的资源。
      • 如果相应的资源数可以满足请求,则将该信号量的值减去sem_op的绝对值,函数成功返回。
      • 当相应的资源数不能满足请求时,这个操作与sem_flg有关。
        • sem_flg指定IPC_NOWAIT,则semop函数出错返回EAGAIN.
        • sem_flg没有指定IPC_NOWAIT,则将该信号量的semncnt值加1,然后进程挂起直到下述情况发生:
          • 当相应的资源数可以满足请求,此信号量的semncnt值减1,该信号量的值减去sem_op的绝对值。成功返回;
          • 此信号量被删除,函数smeop出错返回EIDRM;
          • 进程捕捉到信号,并从信号处理函数返回,此情况下将此信号量的semncnt值减1,函数semop出错返回EINTR。
    • 若sem_op== 0,进程阻塞直到信号量的相应值为0:
      • 当信号量已经为0,函数立即返回。
      • 如果信号量的值不为0,则依据sem_flg决定函数动作:
        • sem_flg指定IPC_NOWAIT,则出错返回EAGAIN。
        • sem_flg没有指定IPC_NOWAIT,则将该信号量的semncnt值加1,然后进程挂起直到下述情况发生:
          • 信号量值为0,将信号量的semzcnt的值减1,函数semop成功返回;
          • 此信号量被删除,函数smeop出错返回EIDRM;
          • 进程捕捉到信号,并从信号处理函数返回,在此情况将此信号量的semncnt值减1,函数semop出错返回EINTR。

    在semctl函数中的命令有多种,这里就说两个常用的:

    • SETVAL:用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。
    • IPC_RMID:删除一个信号量集合。如果不删除信号量,它将继续在系统中存在,即使程序已经退出,它可能在你下次运行此程序时引发问题,而且信号量是一种有限的资源。

    3、例子

    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<sys/sem.h>
    
    // 联合体,用于semctl初始化
    union semun
    {
        int              val; /*for SETVAL*/
        struct semid_ds *buf;
        unsigned short  *array;
    };
    
    // 初始化信号量
    int init_sem(int sem_id, int value)
    {
        union semun tmp;
        tmp.val = value;
        if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)
        {
            perror("Init Semaphore Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // P操作:
    //    若信号量值为1,获取资源并将信号量值-1 
    //    若信号量值为0,进程挂起等待
    int sem_p(int sem_id)
    {
        struct sembuf sbuf;
        sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
        sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
        sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
    
        if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
        {
            perror("P operation Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // V操作:
    //    释放资源并将信号量值+1
    //    如果有进程正在挂起等待,则唤醒它们
    int sem_v(int sem_id)
    {
        struct sembuf sbuf;
        sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
        sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/
        sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
    
        if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
        {
            perror("V operation Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // 删除信号量集
    int del_sem(int sem_id)
    {
        union semun tmp;
        if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1)
        {
            perror("Delete Semaphore Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    
    int main()
    {
        int sem_id;  // 信号量集ID
        key_t key;  
        pid_t pid;
    
        // 获取key值
        if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
        {
            perror("ftok error");
            exit(1);
        }
    
        // 创建信号量集,其中只有一个信号量
        if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1)
        {
            perror("semget error");
            exit(1);
        }
    
        // 初始化:初值设为0资源被占用
        init_sem(sem_id, 0);
    
        if((pid = fork()) == -1)
            perror("Fork Error");
        else if(pid == 0) /*子进程*/ 
        {
            sleep(2);
            printf("Process child: pid=%d\n", getpid());
            sem_v(sem_id);  /*释放资源*/
        }
        else  /*父进程*/
        {
            sem_p(sem_id);   /*等待资源*/
            printf("Process father: pid=%d\n", getpid());
            sem_v(sem_id);   /*释放资源*/
            del_sem(sem_id); /*删除信号量集*/
        }
        return 0;
    }

    上面的例子如果不加信号量,则父进程会先执行完毕。这里加了信号量让父进程等待子进程执行完以后再执行。

    五、共享内存

    共享内存(Shared Memory),指两个或多个进程共享一个给定的存储区。

    1、特点

    • 共享内存是最快的一种IPC,因为进程是直接对内存进行存取。
    • 因为多个进程可以同时操作,所以需要进行同步。
    • 信号量+共享内存通常结合在一起使用,信号量用来同步对共享内存的访问。

    2、原型

    #include <sys/shm.h>
    // 创建或获取一个共享内存:成功返回共享内存ID,失败返回-1
    int shmget(key_t key, size_t size, int flag);
    // 连接共享内存到当前进程的地址空间:成功返回指向共享内存的指针,失败返回-1
    void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);
    // 断开与共享内存的连接:成功返回0,失败返回-1
    int shmdt(void *addr); 
    // 控制共享内存的相关信息:成功返回0,失败返回-1
    int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);

    当用shmget函数创建一段共享内存时,必须指定其 size;而如果引用一个已存在的共享内存,则将 size 指定为0 。

    当一段共享内存被创建以后,它并不能被任何进程访问。必须使用shmat函数连接该共享内存到当前进程的地址空间,连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间,随后可像本地空间一样访问。

    shmdt函数是用来断开shmat建立的连接的。注意,这并不是从系统中删除该共享内存,只是当前进程不能再访问该共享内存而已。

    shmctl函数可以对共享内存执行多种操作,根据参数 cmd 执行相应的操作。常用的是IPC_RMID(从系统中删除该共享内存)。

    3、例子

    下面这个例子,使用了【共享内存+信号量+消息队列】的组合来实现服务器进程与客户进程间的通信。

    • 共享内存用来传递数据;
    • 信号量用来同步;
    • 消息队列用来 在客户端修改了共享内存后 通知服务器读取。

    server.c

    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<sys/shm.h>  // shared memory
    #include<sys/sem.h>  // semaphore
    #include<sys/msg.h>  // message queue
    #include<string.h>   // memcpy
    
    // 消息队列结构
    struct msg_form {
        long mtype;
        char mtext;
    };
    
    // 联合体,用于semctl初始化
    union semun
    {
        int              val; /*for SETVAL*/
        struct semid_ds *buf;
        unsigned short  *array;
    };
    
    // 初始化信号量
    int init_sem(int sem_id, int value)
    {
        union semun tmp;
        tmp.val = value;
        if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)
        {
            perror("Init Semaphore Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // P操作:
    //  若信号量值为1,获取资源并将信号量值-1 
    //  若信号量值为0,进程挂起等待
    int sem_p(int sem_id)
    {
        struct sembuf sbuf;
        sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
        sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
        sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
    
        if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
        {
            perror("P operation Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // V操作:
    //  释放资源并将信号量值+1
    //  如果有进程正在挂起等待,则唤醒它们
    int sem_v(int sem_id)
    {
        struct sembuf sbuf;
        sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
        sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/
        sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
    
        if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
        {
            perror("V operation Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // 删除信号量集
    int del_sem(int sem_id)
    {
        union semun tmp;
        if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1)
        {
            perror("Delete Semaphore Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // 创建一个信号量集
    int creat_sem(key_t key)
    {
        int sem_id;
        if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1)
        {
            perror("semget error");
            exit(-1);
        }
        init_sem(sem_id, 1);  /*初值设为1资源未占用*/
        return sem_id;
    }
    
    
    int main()
    {
        key_t key;
        int shmid, semid, msqid;
        char *shm;
        char data[] = "this is server";
        struct shmid_ds buf1;  /*用于删除共享内存*/
        struct msqid_ds buf2;  /*用于删除消息队列*/
        struct msg_form msg;  /*消息队列用于通知对方更新了共享内存*/
    
        // 获取key值
        if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
        {
            perror("ftok error");
            exit(1);
        }
    
        // 创建共享内存
        if((shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT|0666)) == -1)
        {
            perror("Create Shared Memory Error");
            exit(1);
        }
    
        // 连接共享内存
        shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0);
        if((int)shm == -1)
        {
            perror("Attach Shared Memory Error");
            exit(1);
        }
    
    
        // 创建消息队列
        if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
        {
            perror("msgget error");
            exit(1);
        }
    
        // 创建信号量
        semid = creat_sem(key);
    
        // 读数据
        while(1)
        {
            msgrcv(msqid, &msg, 1, 888, 0); /*读取类型为888的消息*/
            if(msg.mtext == 'q')  /*quit - 跳出循环*/ 
                break;
            if(msg.mtext == 'r')  /*read - 读共享内存*/
            {
                sem_p(semid);
                printf("%s\n",shm);
                sem_v(semid);
            }
        }
    
        // 断开连接
        shmdt(shm);
    
        /*删除共享内存、消息队列、信号量*/
        shmctl(shmid, IPC_RMID, &buf1);
        msgctl(msqid, IPC_RMID, &buf2);
        del_sem(semid);
        return 0;
    }

    client.c

    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<sys/shm.h>  // shared memory
    #include<sys/sem.h>  // semaphore
    #include<sys/msg.h>  // message queue
    #include<string.h>   // memcpy
    
    // 消息队列结构
    struct msg_form {
        long mtype;
        char mtext;
    };
    
    // 联合体,用于semctl初始化
    union semun
    {
        int              val; /*for SETVAL*/
        struct semid_ds *buf;
        unsigned short  *array;
    };
    
    // P操作:
    //  若信号量值为1,获取资源并将信号量值-1 
    //  若信号量值为0,进程挂起等待
    int sem_p(int sem_id)
    {
        struct sembuf sbuf;
        sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
        sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
        sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
    
        if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
        {
            perror("P operation Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // V操作:
    //  释放资源并将信号量值+1
    //  如果有进程正在挂起等待,则唤醒它们
    int sem_v(int sem_id)
    {
        struct sembuf sbuf;
        sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
        sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/
        sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
    
        if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
        {
            perror("V operation Error");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    
    int main()
    {
        key_t key;
        int shmid, semid, msqid;
        char *shm;
        struct msg_form msg;
        int flag = 1; /*while循环条件*/
    
        // 获取key值
        if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
        {
            perror("ftok error");
            exit(1);
        }
    
        // 获取共享内存
        if((shmid = shmget(key, 1024, 0)) == -1)
        {
            perror("shmget error");
            exit(1);
        }
    
        // 连接共享内存
        shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0);
        if((int)shm == -1)
        {
            perror("Attach Shared Memory Error");
            exit(1);
        }
    
        // 创建消息队列
        if ((msqid = msgget(key, 0)) == -1)
        {
            perror("msgget error");
            exit(1);
        }
    
        // 获取信号量
        if((semid = semget(key, 0, 0)) == -1)
        {
            perror("semget error");
            exit(1);
        }
    
        // 写数据
        printf("***************************************\n");
        printf("*                 IPC                 *\n");
        printf("*    Input r to send data to server.  *\n");
        printf("*    Input q to quit.                 *\n");
        printf("***************************************\n");
    
        while(flag)
        {
            char c;
            printf("Please input command: ");
            scanf("%c", &c);
            switch(c)
            {
                case 'r':
                    printf("Data to send: ");
                    sem_p(semid);  /*访问资源*/
                    scanf("%s", shm);
                    sem_v(semid);  /*释放资源*/
                    /*清空标准输入缓冲区*/
                    while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);
                    msg.mtype = 888;  
                    msg.mtext = 'r';  /*发送消息通知服务器读数据*/
                    msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
                    break;
                case 'q':
                    msg.mtype = 888;
                    msg.mtext = 'q';
                    msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
                    flag = 0;
                    break;
                default:
                    printf("Wrong input!\n");
                    /*清空标准输入缓冲区*/
                    while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);
            }
        }
    
        // 断开连接
        shmdt(shm);
    
        return 0;
    }

    注意:当scanf()输入字符或字符串时,缓冲区中遗留下了\n,所以每次输入操作后都需要清空标准输入的缓冲区。但是由于 gcc 编译器不支持fflush(stdin)(它只是标准C的扩展),所以我们使用了替代方案:

    while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);

    参考资料:

    1、http://songlee24.github.io/2015/04/21/linux-IPC/
    2、http://www.cnblogs.com/CheeseZH/p/5264465.html

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