SYSV进程间通信[详细]

1、10.6SYS V 进程间通信,内容: 信号量; 消息队列; 共享内存。,10.6.1 三者共有的特性 IPC资源：表示单独的消息队列、共享内存或是信号量集合。,三者均有XXXget（）及XXXctl（）函数（XXX代表msg，sem，shm三者之一）。 1) XXXget（）函数 两个共同参数：key和oflag。 key既可由ftok（）函数产生，也可以是IPC_PRIVATE常量，key值是IPC资源的外部表示。,oflag包括读写权限，还可以包含IPC_ CREATE和IPC_EXCL标志位。它们组合的效果如下： (1)指定key为IPC_PRIVATE,保证创建一个惟一的IPC资源。

2、 (2)设置oflag参数的IPC_CREATE标志位，但不设置IPC_EXCL。如果相应key的IPC资源不存在，则创建一个IPC资源，否则返回已存在的IPC资源。 (3)oflag参数的IPC_CREATE和IPC_EXCL同时设置。如果相应key的IPC资源不存在，则创建一个IPC资源。否则返回一个错误信息。,2)XXXctl（） 均提供IPC_SET,IPC_STAT和IPC_RMID命令。前两者用来设置或得到IPC资源的状态信息，IPC_RMID用来释放IPC资源。,共同的操作模式:,都是先通过XXXget（）创建一个IPC资源，返回值是该IPC资源ID。在以后的操作中，均以IPC资

3、源ID为参数,以对相应的IPC资源进行操作。 别的进程可以通过XXXget（）取得已有的IPC资源ID（权限允许的话）并对其操作，从而使进程间通信成为可能。,共同的数据结构： 每一类IPC资源都有一个ipc_ids结构的全局变量用来描述同一类资源的公有数据，三个全局变量分别是semid_ds，msgid_ds和shmid_ds。 struct ipc_ids int size; /* entries数组的大小*/ int in_use; /* entries数组已使用的元素个数*/ int max_id; unsigned short seq; unsigned short seq_max;

4、truct semaphore sem; /*控制对ipc_ids结构的访问*/ spinlock_t ary;/*自旋锁控制对数组entries的访问*/ struct ipc_id* entries; ; struct ipc_id struct kern_ipc_perm* p;,数组entries的每一项指向一个kern_ipc_perm 结构，kern_ipc_perm结构表示每一个IPC资源的属性，用来控制操作权限。 struct kern_ipc_perm key_t key;/*用户提供的键值,为XXXget（）所用*/ uid_t uid; /*创建者用户ID*/ gid_t

5、 gid; /*创建者组ID*/ uid_t cuid; /*所有者用户ID*/ gid_t cgid; /*所有者组ID*/ mode_t mode; /*操作权限，包括读、写等*/ unsigned long seq; ; 因为每个IPC资源描述符的第一个成员就是kern_ipc_perm结构。因此，我们可以认为数组entries 的每一非空项均指向一个IPC资源。,IPC资源ID与entries数组下标的联系： 1)当创建一个IPC资源时 2)当知道IPC资源ID时，可通过IPC资源ID SEQ_MULTIPLIER得到其在entries数组中的index，从而找到相应的IPC资源。 3

6、)why保证在一段时期内IPC资源ID的惟一性。,调用函数ipc_addid( )从相应ipc_ids结构的entries数组中找出第一个未使用的项，然后返回其下标index。 返回IPC资源ID IPC资源ID=SEQ_MULTIPLIERseqindex SEQ_ MULTIPLIER是可用资源的最大数目，seq是ipc_ids结构中的seq。每当分配一个IPC资源时，ipc_ids结构中的seq就增1。,10.6.2 信号量,信号量是具有整数值的对象，它支持P，V原语。进程可以利用信号量实现同步和互斥。 SYSV支持的信号量实质上是一个信号量集合,由多个单独的信号量组成。我们称SYSV信

7、号量为信号量集合，而单个的信号量直接称为信号量。 信号量集合在内核中用结构sem_array 表示。,struct sem_array struct kern_ipc_permsem_perm; time_t sem_otime;/* 最近一次操作时间 */ time_t sem_ctime;/* 最近一次的改变时间 */ struct sem*sem_base; /*指向第一个信号量 */ struct sem_queue *sem_pending;/* 挂起操作队列*/ struct sem_queue *sem_pending_last; struct sem_undo *undo; u

8、nsigned long sem_nsems;/*信号量的个数*/ ; 信号量集合中的每一个信号用结构sem表示： struct sem intsemval;/* 信号量的当前值 */ intsempid;/* 最近对信号量操作进程的pid */ ; 信号量的初始值可以调用函数semctl( )进行设置。,用户可以调用函数semop（）对信号量集合中的一个或多个信号量进行操作。,每一个操作都是sembuf结构变量： struct sembuf unsigned short sem_num;/*在sem_base 数组中的下标*/ shortsem_op; shortsem_flg; ;,int

9、 semop(int semid, struct sembuf *opsptr, size_t nops); semid : IPC资源ID opsptr: 操作的集合 nops: 数组opsptr的大小,内核必须保证操作数组opsptr原子的执行。,sem_number指明是对哪一个信号操作。 sem_flag指明一些操作标志位，可以有如下值： (1)SEM_UNDO。当进程结束但还拥有信号量资源时，应将信号量资源返还给相应的信号量集合。内核有一个sem_undo结构用于跟踪这方面的情况，进程描述符有个semundo成员记录进程这方面的信息。 (2)IPC_NOWAIT。当操作不能立即完成时

10、，若IPC_NOWAIT被设置的话，进程立即返回。 否则进程进入睡眠状态，等待时机成熟时被唤醒完成该操作。,sem_op指定具体的操作，它的值有如下含义： (1)大于0，则将该值加到信号量的当前值上。 (2)等于0，那么用户希望信号量的当前值变为0。如果值已经是0，则立即返回。如果不是0，则取决于IPC_NOWAIT是否被设置。 (3)小于0，则要看信号量的当前值是否大于等于sem_op的绝对值。如果大于等于它的绝对值，就从信号量的当前值中减去sem_op的绝对值。如果小于它的绝对值，则取决于IPC_NOWAIT是否被设置。,当进程的信号量操作不能完成睡眠时，需要将一个代表着当前进程的sem_

11、queue结构链入相应的信号量集合的等待队列，即sem_array结构的sem_pending队列。 struct sem_queue struct sem_queue *next; /*队列中的下一个元素*/ struct sem_queue *prev; /*队列中的前一个元素*/ struct task_struct *sleeper;/* 睡眠进程的描述符*/ struct sem_undo *undo; intpid; /* 睡眠进程的pid */ intstatus; struct sem_array *sma; /* 所属的信号量集合 */ struct sembuf *sops

12、; /* 挂起的操作数组 */ intnsops; /* 挂起的操作个数*/ . ;,10.6.3消息队列 具有权限的进程可以往消息队列中读写消息，这就是消息队列支持进程通信的方式。,msgsnd（）函数将消息放入队列中。 int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg); msqid： 消息队列的资源ID号。 msgp： 消息缓冲区的首地址。消息缓冲区消息的类型及数据两部分组成。 msgsz：消息缓冲区的长度。 msgflg：可以是0，也可以是IPC_NOWAIT。,msgrcv( )从某个消息队列中读一个消息

13、并将其移出消息队列。 int msgrcv(int msqid, void *msgp, int msgsz, long msgtyp, int msgflg); msgp：接收消息的缓冲区首址。 msgsz：接收缓冲区的大小，这是函数能返回的最大数据量。 msgtyp：指定接收消息的类型。分为三种情况: 值为0，返回队列中的第一个消息。 值大于0，返回类型为msgtype的第一个消息。 值小于0，则返回类型值小于或等于msgtype 的绝对值的消息中类型值最小的第一个消息。 msgflg：可以是IPC_NOWAIT，还可指定为MSG_NOERROR。MSG_NOERROR允许消息长度大于接收

14、缓冲区长度时截短消息返回。,在内核中消息队列用msg_queue结构表示。 struct msg_queue struct kern_ipc_perm q_perm; time_t q_stime;/*最近一次msgsnd时间*/ time_t q_rtime;/*最近一次msgrcv 时间*/ time_t q_ctime; /* 最近的改变时间 */ unsigned long q_cbytes; /* 队列中的字节数 */ unsigned long q_qnum;/* 队列中的消息数目 */ unsigned long q_qbytes;/*队列中允许的最大字节数 */ pid_t q

15、_lspid;/*最近一次msgsnd( )发送进程的pid */ pid_t q_lrpid;/*最近一次msgrcv( )接收进程的pid */ struct list_head q_messages; /*消息队列*/ struct list_head q_receivers; /*待接收消息的睡 眠进程队列*/ struct list_head q_senders; /*待发送消息的睡眠 进程队列*/ ;,若IPC_NOWAIT未被设置，则当消息队列的容量已满时，发送消息的进程会进入睡眠状态并添加到相应的q_senders队列，而当消息队列中无合适的消息时，接收进程会进入睡眠状态并添加

16、到相应的q_receivers队列。 消息队列中的每个消息都链入q_message队列中，每个消息用一个msg_msg结构描述。 struct msg_msg struct list_head m_list; /*消息队列链表*/ long m_type; /* 消息的类型 */ int m_ts; /* 消息的长度 */ struct msg_msgseg* next; /* 链接属于这个消息的下一个消息片*/ ;,struct msg_msgseg struct msg_msgseg* next; ; msg_msg结构只是一个消息头部，并不包含消息的数据部分。数据部分的空间紧接msg_m

17、sg结构分配，但是当数据部分的空间与msg_msg结构所占空间大于一个页面时，则将其以页面为单位分片。第一个页面存储msg_msg结构与首部分数据，随后的再分配空间则存储struct msg_msgseg结构与剩余的数据，如果这两者所占空间之和仍大于一个页面，则继续分配下去。msg_msgseg结构用以把消息片链接在一起。,10.6.4 共享内存 共享内存是多个进程共享的一块内存区域。不同的进程可把共享内存映射到自己的一块地址空间,不同的进程进行映射的地址空间不一定相同。 共享内存区的进程对该区域的操作是互见的。 共享内存没有提供进程同步与互斥的机制， 往往需要和信号量配合使用。 相比起其他进

18、程通信方式，共享内存在进行数据交换方面是效率比较高的。无需用户态、核心态切换开销。,shmget（）函数有一个参数指定共享内存区域的大小，该函数建立的共享内存区在内核中用shmid_kernel结构表示。 struct shmid_kernel struct kern_ipc_permshm_perm; struct file *shm_file; int id; unsigned long shm_nattch;/*已建立映射的数目*/ unsigned long shm_segsz;/*共享内存区的大小*/ time_tshm_atim; time_tshm_dtim; time_tshm_ctim; pid_tshm_cprid; pid_tshm_lprid; ;,shmget（）创建的共享内存区域并没有立即分配物理内存，而是创建一个文件对象shm_file来描述该区域，而该文件属于shm文件系统。shm文件系统是一个内存文