Linux信号【systemV】

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前言

正文：

1消息队列

1.1什么是消息队列？ 

1.2消息队列的数据结构 

1.3消息队列的相关接口 

1.3.1创建 

1.3.2释放 

1.3.3发送 

1.3.4接收 

1.4消息队列补充

2.信号量 

2.1什么是信号量 

2.2互斥相关概念 

2.3信号量的数据结构

2.4信号量相关接口 

2.4.1创建 

2.4.2释放

2.4.3操作

2.5信号量补充

3.深入理解 System V通信方式 

总结：

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前言

在 System V 通信标准中，还有一种通信方式：消息队列，以及一种实现互斥的工具：信号量；随着时代的发展，这些陈旧的标准都已经较少使用了，但作为 IPC 中的经典知识，我们可以对其做一个简单了解，扩展 IPC 的知识栈，尤其是 信号量，可以通过它，为以后多线程学习中 POSIX 信号量的学习做铺垫

正文：

1消息队列

1.1什么是消息队列？ 

 消息队列（Message Queuing）是一种比较特殊的通信方式，它不同于管道与共享内存那样借助一块空间进行数据读写，而是 在系统中创建了一个队列，这个队列的节点就是数据块，包含类型和信息

• 假设现在进程 A、B 想要通过消息队列进行通信，首先创建一个消息队列
• 然后进程 A 将自己想要发送给进程 B 的信息打包成数据块（其中包括发送方的信息），将数据块添加至消息队列队尾处
• 进程 B 同样也可以向消息队列中添加数据块，同时也会从消息队列中捕获其他进程的数据块，解析后进行读取，这样就完成了通信

   

   

  遍历消息队列时，存数据块 还是 取数据块 取决于 数据块中的类型 type

  注意： 消息队列跟共享内存一样，是由操作系统创建的，其生命周期不随进程，因此在使用结束后需要删除

  下面有关于消息队列详解的文章

   

  • 《什么是消息队列》
  • 《消息队列详解》

    1.2消息队列的数据结构 

    同属于 System V 标准，消息队列也有属于自己的数据结构

    注：msg 表示 消息队列

    struct msqid_ds{struct ipc_perm msg_perm;/* Ownership and permissions */time_t msg_stime;/* Time of last msgsnd(2) */time_t msg_rtime;/* Time of last msgrcv(2) */time_t msg_ctime;/* Time of last change */unsigned long __msg_cbytes; /* Current number of bytes in queue (nonstandard) */msgqnum_t msg_qnum;/* Current number of messages in queue */msglen_t msg_qbytes;/* Maximum number of bytes allowed in queue */pid_t msg_lspid;/* PID of last msgsnd(2) */pid_t msg_lrpid;/* PID of last msgrcv(2) */};

     和 共享内存 一样，其中 struct ipc_perm 中存储了 消息队列的基本信息，具体包含内容如下：

    struct ipc_perm{key_t __key;  /* Key supplied to msgget(2) */uid_t uid;  /* Effective UID of owner */gid_t gid;  /* Effective GID of owner */uid_t cuid;  /* Effective UID of creator */gid_t cgid;  /* Effective GID of creator */unsigned short mode;  /* Permissions */unsigned short __seq; /* Sequence number */};

    可以通过 man msgctl 查看函数使用手册，其中就包含了 消息队列 的数据结构信息

    1.3消息队列的相关接口 

     论标准的重要性，消息队列的大小接口风格与共享内存一致，都是出自 System V 标准

    1.3.1创建 

     使用 msgget 函数创建 消息队列

    #include #include #include int msgget(key_t key, int msgflg);

    关于 msgget 函数

     

    与 共享内存 的 shmget 可以说是十分相似了，关于 ftok 函数计算 key 值，这里就不再阐述，可以在这篇文章中学习 《Linux进程间通信【共享内存】》

    简单使用函数 msgget 创建 消息队列，并使用 ipcs -q 指令查看资源情况

     

    #include #include #include #include using namespace std;int main(){    //创建消息队列    int n = msgget(ftok("./", 668), IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);    if(n == -1)    {        cerr  0 */    char mtext[1]; /* message data */};

    1.4消息队列补充

     System V 版的 消息队列 使用起来比较麻烦，并且过于陈旧，现在已经较少使用了，所以我们不必对其进行深究，知道个大概就行了，如果实际中真遇到了，再查文档也不迟

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    2.信号量 

    2.1什么是信号量 

     信号量（semaphore）一种特殊的工具，主要用于实现 同步和互斥

    信号量 又称 信号灯，是各大高校《操作系统》课程中老师提及的高频知识点，往往伴随着 P、V 操作出现，但大多数老师都只是提及了基本概念，并未对 信号量 的本质及使用场景作出详细讲解

    在正式学习 信号量 相关知识前，需要先简单了解下 互斥相关四个概念，为后续 多线程中信号量的学习作铺垫（重点）

    2.2互斥相关概念 

    1、并发 是指系统中同时存在多个独立的活动单元

    • 比如在多线程中，多个执行流可以同时执行代码，可能访问同一份共享资源

      2、互斥 是指同一时刻只允许一个活动单元使用共享资源

      • 即在任何一个时刻，都只允许一个执行流进行共享资源的访问（可以通过加锁实现）

        3、临界资源 与 临界区，多执行流环境中的共享资源就是 临界资源，涉及 临界资源 操作的代码区间即 临界区

        • 在多线程环境中，全局变量就是 临界资源，对全局变量的修改、访问代码属于 临界区

          4、原子性：只允许存在 成功 和 失败 两种状态

          • 比如对变量的修改，要么修改成功，要么修改失败，不会存在修改一半被切走的状态

             所以 互斥 是为了解决 临界资源 在多执行流环境中的并发访问问题，需要借助 互斥锁 或 信号量 等工具实现 原子操作，实现 互斥

             

             

            关于互斥锁（mutex） 的相关知识在 多线程 中介绍，现在先来学习 信号量，搞清楚它是如何实现 互斥 的

            2.3信号量的数据结构

             下面来看看 信号量 的数据结构，通过 man semctl 进行查看

             sem 表示 信号量

            struct semid_ds{    struct ipc_perm sem_perm; /* Ownership and permissions */    time_t sem_otime;         /* Last semop time */    time_t sem_ctime;         /* Last change time */    unsigned long sem_nsems;  /* No. of semaphores in set */};

            System V 家族基本规矩，struct ipc_perm 中存储了 信号量的基本信息，具体包含内容如下：

             

            struct ipc_perm{    key_t __key;          /* Key supplied to semget(2) */    uid_t uid;            /* Effective UID of owner */    gid_t gid;            /* Effective GID of owner */    uid_t cuid;           /* Effective UID of creator */    gid_t cgid;           /* Effective GID of creator */    unsigned short mode;  /* Permissions */    unsigned short __seq; /* Sequence number */};

             显然，无论是 共享内存、消息队列、信号量，它们的 ipc_perm 结构体中的内容都是一模一样的，结构上的统一可以带来管理上的便利，具体原因可以接着往下看

            2.4信号量相关接口 

            2.4.1创建 

             信号量的申请比较特殊，一次可以申请多个信息量，官方称此为 信号量集，所使用函数为 semget

             

            #include #include #include int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

            关于 semget 函数

            除了参数2，其他基本与另外俩兄弟一模一样，实际传递时，一般传 1，表示只创建一个 信号量

            使用函数创建 信号量集，并通过指令 ipcs -s 查看创建的 信号量集 信息

            #include #include #include #include using namespace std;int main(){    //创建一个信号量    int n = semget(ftok("./", 668), 1, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);    if(n == -1)    {        cerr