Linux内核篇之SYSTEM-V

1.消息队列

system-v ipc特点：

• 独立于进程
• 没有文件名和文件描述符
• IPC对象具有Key和ID

消息队列用法：

• 定义一个唯一Key (ftok)
• 构造消息对象（msgget）
• 发送特定类型的消息（msgsnd）
• 接受特定类型的消息（msgrcv）
• 删除消息队列（msgct）

相关函数：

• ftok

  • 功能 ：获取一个Key
  • 函数原型：ket_t ftok(const char *path,int proj_id)
    • 参数：
      • path:一个合法路径
      • proj_id:一个整数
    • 返回值：
      • 成功：合法Key
      • 失败：-1

• msgget

  • 功能：获取消息队列ID
  • 函数原型：int msgget(key_t key,int msgflg)
  • 参数：
    • key:消息队列key
    • msgflg:
      • IPC_CREAT:如果消息队列不存在则创建一个
      • mode:访问权限
      • 权限只有读和写，执行权限是无效的，例如 0777 跟 0666 是等价的。
        当 key 被指定为 IPC_PRIVATE 时，系统会自动产生一个未用的 key 来对应一个新的消
        息队列对象，这个消息队列一般用于进程内部间的通信。
  • 返回值：
    • 成功：返回消息队列ID
    • 失败：-1

• msgsnd

  • 功能：发送消息到消息队列

  • 函数原型：int msgsnd(int msqid,const void*msgp,size_t msgsz,int msgflg)

  • 参数：

    • msqid：消息队列ID

    • msgp：消息缓存区

      • struct msgbuf

        {

        ​ long mtype;//消息标识

        ​ char mtext[1];//消息内容

        }

    • msgsz:消息正文的字节数

    • msgflg:

      • ipc_nowait:非阻塞发送
      • 0：阻塞发送

    • 返回值：

      • 成功：0
      • 失败：-1

• msgrcv:

  • 功能：从消息对接读取消息

  • 返回值：

    • 成功：0
    • 失败：-1

  • 函数原型：ssize_t msgrcv(int msqid,void *msgp,size_t msgsz,long msgtyp,int msgflg)；

  • 参数：

    • msqid:消息队列lD

    • msgp:消息缓存区

    • nsgsz:消息正文的字节数

    • msgtyp:要接受消息的标识

    • msgflg:

      • IPC_NOWAIT:非阻塞读取
      • MSG NOERROR:载断消息
      • 0:阻塞读取

• msgctl：

  • 功能：设置获取消息队列的相关属性
  • 函数原型：int msgctl(int msgqid,int cmd,struct maqid_ds *buf)
  • 参数：
    • msgqid:消息队列id
    • cmd:
      • IPC_STAT：获取消息队列的属性
      • IPC_SET：设置消息队列的属性
      • IPC_RMID：删除消息队列
    • buf：相关结构体缓冲区

2.信号量

本质：计数器

作用：保护共享资源

• 互斥 ：在一个时刻只有一个进程可以访问
• 同步 ：在互斥访问的基础上加上顺序

1.临界资源
临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源。各进程采取互斥的方式，实现共享的资源称作临界资源。属于临界资源的硬件有，打印机，磁带机等；软件有消息队列，变量，数组，缓冲区等。诸进程间采取互斥方式，实现对这种资源的共享。

2.临界区：
每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区（criticalsection），每次只允许一个进程进入临界区，进入后，不允许其他进程进入。不论是硬件临界资源还是软件临界资源，多个进程必须互斥的对它进行访问。多个进程涉及到同一个临界资源的的临界区称为相关临界区。使用临界区时，一般不允许其运行时间过长，只要运行在临界区的线程还没有离开，其他所有进入此临界区的线程都会被挂起而进入等待状态，并在一定程度上影响程序的运行性能。

信号量工作原理：

• 由于信号量只能进行两种操作：等待和发送信号，即 P 操作和 V 操作，锁行为就是 P 操作，解锁就是 V 操作，可以直接理解为 P 操作是申请资源， V 操作是释放资源。 PV 操作是计算机操作
• 系统需要提供的基本功能之一，它们的行为是这样的：
  • P 操作：如果有可用的资源（信号量值大于 0），则占用一个资源（给信号量值减去一，进
    入临界区代码） ; 如果没有可用的资源（信号量值等于 0），则阻塞，直到系统将资源分配
    给该进程（进入等待队列，一直等到资源轮到该进程）。这就像你要把车开进停车场之前，
    先要向保安申请一张停车卡一样， P 操作就是申请资源，如果申请成功，资源数（空闲的停
    车位）将会减少一个，如果申请失败，要不在门口等，要不就走人。
  • V 操作：如果在该信号量的等待队列中有进程在等待资源，则唤醒一个阻塞的进程。如果
    没有进程等待它，则释放一个资源（给信号量值加一），就跟你从停车场出去的时候一样，
    空闲的停车位就会增加一个

信号量的用法：

• 定义一个唯一key(ftok)
• 构造一个信号量（semget）
• 初始化信号量(semctl SETVA)
• 信号量进行P/V操作(semop)
• 删除信号集(semctl RMID)

semget函数：

• 功能：获取信号量 ID
• 函数原型：int semget(key_t key ,int nsems, int semflg)
• 参数：
  • key: 信号量键值
  • nsems：信号量数值
  • semflg:
    • IPC_CREAT:信号量不存则创建
    • mode:权限
  • 返回值：
    • 成功：信号量ID
    • 失败：-1

semctl函数：

• 功能：获取或设置信号量的相关属性操作

• 函数原型：int semctl(int semid,int semnum,int cmd,union semun arg)

• 参数：

  • semid:信号量的ID

  • semnum：信号量的编号

  • cmd：

    • IPC_STAT:获取信号量的属性信息
    • IPC_SET:设置信号量的属性
    • IPC_RMID:删除信号量
    • IPC_SETVAL:设置信号量的值

  • arg:

    union semun
    {
    
    	int val;
    	struct semid_ds *buf;
    
    }
    

    • 返回值：
      • 成功：由CMD类型决定
      • 失败：-1

semop函数：

• 功能：对信号量进行加减操作

• 函数原型：int semop(int semid,struct sembuf *sops,size_t nsops)

• 参数：

  • semid: 信号量ID

  • sops:信号量操作结构体数组

    struct sembuf
    {
    
    	short sem_num;//信号量编号
    	short sem_op;//信号量P/V操作
    	short sem_flg;//信号量行为  SEM_UNDO
    
    }
    

  • nsops:信号量数量

  • 返回值：

    • 成功：0

    • 失败：-1