一、信号
1、概念:
- Linux系统中的信号主要实现应用层和内核层之间的信号通知
- 应用层与内核层之间通信的信号根据含义分为很多不同的信号
- 信号主要用于多个进程任务间的事件通知
- 信号可以用户异步通信
2、信号的类型:
- 使用kill -l 查看信号类型
SIGINT:中止信号(可以从键盘输入) ctrl + c
SIGQUIT:退出信号(可以从键盘输入) ctrl + \
SIGKILL:杀死进程信号
SIGSEGV:段错误信号
SIGPIPE:管道破裂信号
SIGALARM:定时时间到达信号
SIGCHLD:子进程结束时,父进程回收到该信号
SIGCONT:继续执行进程任务
SIGSTOP:停止进程任务
SIGTSTP:挂起信号(可以从键盘输入) ctrl + z
SIGIO:异步IO信号
3、信号的处理方式:
- 缺省:信号来了,按照默认方式处理
- 忽略:信号来了,不处理信号,忽略信号
- 捕捉:信号来了,按照用户自己定义的方式处理信号
- 注意:
- 9号信号(SIGKILL)和19号信号(SIGSTOP)不能被忽略和捕捉
4、函数接口:
-
signal

- 练习:
- 从终端输入 ctrl + c打印 SIGINT信号来了
- 输入 ctrl + \打印 SIGQUIT信号来了
- 输入 ctrl + z打印 SIGTSTP信号来了
#include "../head.h"
void handler1(int signo)
{
printf("SIGINT信号来了\n");
return;
}void handler2(int signo)
{
printf("SIGQUIT信号来了\n");
return;
}void handler3(int signo)
{
printf("SIGTSTP信号来了\n");
return;
}
int main(void)
{
void (*pret1)(int) = NULL;
void (*pret2)(int) = NULL;
void (*pret3)(int) = NULL;pret1 = signal(SIGINT,handler1);
if (handler1 == pret1)
{
perror("fail to signal");
return -1;
}pret2 = signal(SIGQUIT,handler2);
if (handler2 == pret2)
{
perror("fail to signal");
return -1;
}pret3 = signal(SIGTSTP,handler3);
if (handler3 == pret3)
{
perror("fail to signal");
return -1;
}while (1)
{
}
//杀死信号 ps -ef | grep a.out
//kill -9 信号名(数字-linux旁边那个)return 0;
}
-
alarm

-
kill

二、消息队列
1、IPC对象:
- IPC对象可以理解为一种内存文件
- IPC对象在操作系统关闭的情况下数据被回收掉
- IPC对象可以通过文件系统来定位
- 每个IPC对象可以创建一个消息队列、一个共享内存、一个信号
2、IPC对象操作命令:
- 查看 ipcs
- ipcs -q/m/s 消息队列/共享内存/信号灯ID
- 删除 ipcrm
- ipcrm -q/m/s 消息队列/共享内存/信号灯的ID
- ipcrm -Q/M/S IPC对象的Key值
3、操作流程:
- 创建/打开消息队列
- 向消息队列中发送消息
- 从消息队列中接收消息
4、函数接口:
-
ftok

-
msgget

-
msgsnd

-
msgrcv

函数类型是 ssize_t ,所以判断函数使用是否成功,类型也要是ssize_t ( ssize_t nret = 0; )
-
msgctl

三、共享内存
1、概念:
进程空间是独立的,共享内存是开辟一段内核空间,进程都映射到这一片空间上,实现空间的共享、进程间通信最高效形式
2、操作方法:
1. 创建IPC对象名称
2. 创建共享内存
3. 将进程空间地址映射到共享内存空间中
4. 读写共享内存空间实现进程间通信
5. 解除共享内存映射
6. 删除共享内存
3、函数接口:
-
ftok:创建IPC对象
-
shmget

-
shmat
原型:void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
功能:
将进程空间中的地址映射到共享内存中
参数:
shmid:共享内存的ID号
shmaddr: NULL:系统选择一个合适的地址进行映射
shmflg:标志默认为0
返回值:
成功返回映射到共享内存空间中的地址
失败返回(void *)-1
函数类型是viod *,所以定义变量接返回值的时候按需求定义
![]()

-
shmdt

-
shmctl

四、信号灯
1、 概念:
- 搭配共享内存实现进程间通信
- 主要用于多进程任务间的同步
- 信号灯是一组信号量,即信号量的数组
- 用于线程间通信的信号量称为无名信号量,信号灯是有名信号量
2、信号灯操作:
- 创建信号量数组
- 申请信号量
- 释放信号量
- 信号量的销毁
3、函数接口:
-
ftok
-
semget

-
semctl : 初始化
信号灯初始化时,四个参数,且需要将共用体加在全局变量中
原型:int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
功能:
利用cmd实现对信号量的操作
参数:
semid:信号量数组的ID号
semnum:操作的信号量的下标
cmd:IPC_RMID 删除信号量
SETVAL 设置信号量的值
返回值:
成功返回0
失败返回-1
union semun {
int val; /* Value for SETVAL */
struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */
struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO
(Linux-specific) */
};
-
semop
可以申请释放信号量进行操作
原型:int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);
功能:完成对一个信号量的操作
参数:
semid:信号量数组的ID号
sops:对信号量进行操作的空间的首地址
nsops:对信号量进行操作的个数
返回值:
成功返回0
失败返回-1
unsigned short sem_num; /* semaphore number */:操作信号量的下标
short sem_op; /* semaphore operation */:+1 释放1个资源 -1申请1个资源
short sem_flg; /* operation flags */:SEM_UNDO 对信号量的操作在进程结束后撤销
-
semctl : 删除
原型:int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
功能:
利用cmd实现对信号量的操作
参数:
semid:信号量数组的ID号
semnum:操作的信号量的下标
cmd:IPC_RMID 删除信号量
返回值:
成功返回0
失败返回-1}
五、练习
1、消息队列实现聊天
代码实现:
head.h
#ifndef __HEAD_H__
#define __HEAD_H__#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <time.h>
#include <math.h>
#include <dirent.h>
#include <sys/wait.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <signal.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/shm.h>
#define my_fgets(filename) do { \
fgets(filename, sizeof(filename), stdin); \
filename[strlen(filename)-1] = '\0'; \
} while (0)#endif
makefile
all:a b
a:1.c
gcc $^ -o $@ -lpthread //(链接thread库文件)
b:2.c
gcc $^ -o $@ -lpthread
1.c
#include "../head.h"
typedef struct message{
long mtype;
char mtext[256];
}message_t;pthread_t tidsend;
pthread_t tidrecv;
int msgid = 0;
void *sendfun(void *arg)
{
int ret = 0;
message_t send;while (1)
{
send.mtype = 100L;
my_fgets(send.mtext);
ret = msgsnd(msgid,&send,sizeof(send.mtext),0);
if (-1 == ret)
{
perror("fail ro msgsnd");
return NULL;
}
if (send.mtext == ".quit")
{
break;
}
}
return NULL;
}
void *recvfun(void *arg)
{
int ret = 0;
message_t recv;
while (1)
{
ret = msgrcv(msgid,&recv,sizeof(recv.mtext),200L,0);
if (-1 == ret)
{
perror("fail ro msgrcv");
return NULL;
}
if (recv.mtext == ".quit")
{
break;
}
printf("RECV:%s\n",recv.mtext);
}
return NULL;
}
int main(void)
{
key_t key;int ret = 0;
key = ftok("/",'a');
if (-1 == key)
{
perror("fail to ftok");
return -1;
}
printf("IPC对象键值%#x\n",key);msgid = msgget(key,IPC_CREAT | 0664);
if (-1 == msgid)
{
perror("fail to msgget");
return -1;
}
printf("消息队列的ID:%d\n",msgid);pthread_create(&tidsend,NULL,sendfun,NULL);
pthread_create(&tidrecv,NULL,recvfun,NULL);pthread_join(tidrecv,NULL);
pthread_join(tidsend,NULL);msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);
return 0;
}
2.c
#include "../head.h"
typedef struct message{
long mtype;
char mtext[256];
}message_t;pthread_t tidsend;
pthread_t tidrecv;
int msgid = 0;
void *sendfun(void *arg)
{
int ret = 0;
message_t send;while (1)
{
send.mtype = 200L;
my_fgets(send.mtext);
ret = msgsnd(msgid,&send,sizeof(send.mtext),0);
if (-1 == ret)
{
perror("fail ro msgsnd");
return NULL;
}
if (send.mtext == ".quit")
{
break;
}
}
return NULL;
}
void *recvfun(void *arg)
{
int ret = 0;
message_t recv;
while (1)
{
ret = msgrcv(msgid,&recv,sizeof(recv.mtext),100L,0);
if (-1 == ret)
{
perror("fail ro msgrcv");
return NULL;
}
if (recv.mtext == ".quit")
{
break;
}
printf("RECV:%s\n",recv.mtext);
}
return NULL;
}
int main(void)
{
key_t key;int ret = 0;
key = ftok("/",'a');
if (-1 == key)
{
perror("fail to ftok");
return -1;
}
printf("IPC对象键值%#x\n",key);msgid = msgget(key,IPC_CREAT | 0664);
if (-1 == msgid)
{
perror("fail to msgget");
return -1;
}
printf("消息队列的ID:%d\n",msgid);pthread_create(&tidsend,NULL,sendfun,NULL);
pthread_create(&tidrecv,NULL,recvfun,NULL);pthread_join(tidrecv,NULL);
pthread_join(tidsend,NULL);msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);
return 0;
}
结果

2、利用共享内存 实现一边写一边读
代码实现:
head.h
#ifndef __HEAD_H__
#define __HEAD_H__#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <time.h>
#include <math.h>
#include <dirent.h>
#include <sys/wait.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <signal.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
#define my_fgets(filename) do { \
fgets(filename, sizeof(filename), stdin); \
filename[strlen(filename)-1] = '\0'; \
} while (0)#endif
makefile
all:read write
read:read.c
gcc $^ -o $@ -lpthread
write:write.c
gcc $^ -o $@ -lpthread
read.c
#include "../head.h"
int main(void)
{
key_t key;
int shmid = 0;
int ret = 0;
char *pshmaddr = NULL;key = ftok("/",'a');
if (0 == key)
{
perror("fail to ftok");
return -1;
}shmid = shmget(key,4096,IPC_CREAT | 0664);
if (-1 == shmid)
{
perror("fail to shmget");
return -1;
}
pshmaddr = shmat(shmid,NULL,0);
if (NULL == pshmaddr)
{
perror("fail to shmat");
return -1;
}
while (1)
{
if (0 == strcmp(pshmaddr,".quit"))
{
break;
}
printf("pshmaddr = %s\n",pshmaddr);
}ret = shmdt(pshmaddr);
if (-1 == ret)
{
perror("fail to shmdt");
return -1;
}
shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);return 0;
}
write.c
#include "../head.h"
int main(void)
{
key_t key;
int shmid = 0;
int ret = 0;
char *pshmaddr = NULL;key = ftok("/",'a');
if (0 == key)
{
perror("fail to ftok");
return -1;
}shmid = shmget(key,4096,IPC_CREAT | 0664);
if (-1 == shmid)
{
perror("fail to shmget");
return -1;
}
pshmaddr = shmat(shmid,NULL,0);
if (NULL == pshmaddr)
{
perror("fail to shmat");
return -1;
}
//my_fgets(pshmaddr); 可以接指针,但是指针大小8字节,那个宏不太合适
while (1)
{
fgets(pshmaddr,4096,stdin);
pshmaddr[strlen(pshmaddr)-1] = '\0';
if (0 == strcmp(pshmaddr,".quit"))
{
break;
}
}ret = shmdt(pshmaddr);
if (-1 == ret)
{
perror("fail to shmdt");
return -1;
}
shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);return 0;
}
结果

3、利用共享内存和信号灯实现两个进程对共享内存的同步操作(写一次、读一次)
head.h
#ifndef __HEAD_H__
#define __HEAD_H__#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <time.h>
#include <math.h>
#include <dirent.h>
#include <sys/wait.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <signal.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
#define my_fgets(filename) do { \
fgets(filename, sizeof(filename), stdin); \
filename[strlen(filename)-1] = '\0'; \
} while (0)#endif
makefile
all:read write
read:read.c
gcc $^ -o $@ -lpthread //使用多线程时makefile需要连接pthread库文件
write:write.c
gcc $^ -o $@ -lpthread
read.c
#include "../head.h"
union semun {
int val; /* Value for SETVAL */
struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */
struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO
(Linux-specific) */
};int main(void)
{
key_t key;
int semid = 0;
int shmid = 0;
int ret = 0;
char *shmaddr = NULL;
union semun myun;
struct sembuf mybuf;//创建IPC对象
key = ftok("/",'a');
if (0 == key)
{
perror("fail to fotok");
return -1;
}
//创建信号量
semid = semget(key,2,IPC_CREAT | 0664); //权限不要忘记了
if (-1 == semid)
{
perror("fail to semget");
return -1;
}
//初始化读信号 信号量
myun.val = 0; //读权限
ret = semctl(semid,0,SETVAL,myun); //0:信号量编号
if (-1 == ret)
{
perror("fail to semctl");
return -1;
}
//初始化写信号 信号量
myun.val = 1;
ret = semctl(semid,1,SETVAL,myun);
if (-1 == ret)
{
perror("fail to semctl");
return -1;
}
//创建共享内存
shmid = shmget(key,4096,IPC_CREAT | 0664);
if (-1 == shmid)
{
perror("fail to shmid");
return -1;
}
//将地址映射到内存文献中
shmaddr = shmat(shmid,NULL,0); //NULL:系统选个合适位置进行映射
if ((char *)-1 == shmaddr)
{
perror("fail to shmat");
return -1;
}
while (1)
{
//申请读信号量
mybuf.sem_num = 0; //信号量下标
mybuf.sem_op = -1;
mybuf.sem_flg = SEM_UNDO;
ret = semop(semid,&mybuf,1);//1:操作信号量个数
if (-1 == ret)
{
perror("fail to semop");
return -1;
}
//判断结束条件
if (0 == strcmp(shmaddr,".quit"))
{
break;
}
//将读出结果打印
printf("RECV:%s\n",shmaddr);
//释放写的信号量
mybuf.sem_num = 1;
mybuf.sem_op = +1;
mybuf.sem_flg = SEM_UNDO;
ret = semop(semid,&mybuf,1);
if (-1 == ret)
{
perror("fail to semop");
return -1;
}}
ret = shmdt(shmaddr);
if (-1 == ret)
{
perror("fail to shmat");
return -1;
}ret = shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
if (-1 == ret)
{
perror("fail to shmctl");
return -1;
}
semctl(semid,0,IPC_CREAT,NULL);return 0;
}
write.c
#include "../head.h"
union semun {
int val; /* Value for SETVAL */
struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */
struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO
(Linux-specific) */
};int main(void)
{
key_t key;
int semid = 0;
int shmid = 0;
int ret = 0;
char *shmaddr = NULL;
union semun myun;
struct sembuf mybuf;//创建IPC对象
key = ftok("/",'a');
if (0 == key)
{
perror("fail to fotok");
return -1;
}
//创建信号量
semid = semget(key,2,IPC_CREAT | 0664); //权限不要忘记了
if (-1 == semid)
{
perror("fail to semget");
return -1;
}
//初始化读信号 信号量
myun.val = 0; //读权限
ret = semctl(semid,0,SETVAL,myun); //0:信号量编号
if (-1 == ret)
{
perror("fail to semctl");
return -1;
}
//初始化写信号 信号量
myun.val = 1;
ret = semctl(semid,1,SETVAL,myun);
if (-1 == ret)
{
perror("fail to semctl");
return -1;
}
//创建共享内存
shmid = shmget(key,4096,IPC_CREAT | 0664);
if (-1 == shmid)
{
perror("fail to shmid");
return -1;
}
//将地址映射到内存文献中
shmaddr = shmat(shmid,NULL,0); //NULL:系统选个合适位置进行映射
if ((char *)-1 == shmaddr)
{
perror("fail to shmat");
return -1;
}
while (1)
{
//申请写信号量
mybuf.sem_num = 1; //信号量下标
mybuf.sem_op = -1;
mybuf.sem_flg = SEM_UNDO;
ret = semop(semid,&mybuf,1); //1:操作信号量个数
if (-1 == ret)
{
perror("fail to semop");
return -1;
}
//接收写的内容
fgets(shmaddr,4096,stdin);
shmaddr[strlen(shmaddr)-1] = '\0';
//释放读的信号量
mybuf.sem_num = 0;
mybuf.sem_op = +1;
mybuf.sem_flg = SEM_UNDO;
ret = semop(semid,&mybuf,1);
if (-1 == ret)
{
perror("fail to semop");
return -1;
}
//判断结束条件
if (0 == strcmp(shmaddr,".quit"))
{
break;
}}
ret = shmdt(shmaddr);
if (-1 == ret)
{
perror("fail to shmat");
return -1;
}ret = shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
if (-1 == ret)
{
perror("fail to shmctl");
return -1;
}
semctl(semid,0,IPC_CREAT,NULL);return 0;
}
结果

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