UNIX高级编程总结-----进程间通信（XSI IPC 总述）

        在 XSI IPC 中，有三种IPC：消息队列、信号量 以及 共享内存，他们之间有许多相似之处。

        每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程之间要交换数据必须通过内核,在内核中开辟一块缓冲区,进程A把数据从用户空间拷到内核缓冲区,进程B再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程间通信。

1、标识符 和 键

（1）key  键

        每个内核中的IPC结构（消息队列、信号量和共享内存）都用了一个非负数的标识符。例如，如果要向一个消息队列发送消息或者从一个消息队列取消息，只需要知道其队列标识符。与文件描述符不同，IPC标识符不是最小整数，当一个IPC结构被创建，然后又被删除，与这种结构相关的标识符连续加1，直至达到一整数的最大值，然后又回转到0。

        标识符是IPC对象的内部名，为使多个合作进程能够在同一IPC对象上汇聚，需要提供一个外部命名方案，为此，每个IPC对象都与一个key相关联，这个key就是该对象的外部名。

        对于key值，应用程序有如下三种选择：
①    调用ftok，给它传递pathname和proj_id，操作系统根据两者合成key值。
②    指定key为IPC_PRIVATE，内核保证创建一个新的、唯一的IPC对象，IPC标识符与内存中的标识符不会冲突。IPC_PRIVATE为宏定义，其值等于0。
③    指定key为大于0的常数，这需要用户自行保证生成的IPC key值不与系统中存在的冲突，而前两种是操作系统保证的。

        

ftok的典型实现是调用stat函数，然后组合以下三个值：
①    path 所在的文件系统的信息（stat结构的st_dev成员）。
②    该文件在本文件系统内的索引节点号(stat结构的st_ino成员)。
③    id的低序8位（不能为0）。

以下程序可以说明这一点：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char **argv)
{
    struct stat stat1 ;
    if ( argc != 2 )
    {
        printf("usage: ftok < pathname >\n" ) ;
        exit(1) ;
    }
    stat( argv[1], &stat1 ) ;
    printf("st_dev:%lx, st_ino:%lx, key:%x\n",  \
(unsigned long)stat1.st_dev, (unsigned long)stat1.st_ino , ftok(argv[1],0x579 )) ;
    printf("st_dev:%lx, st_ino:%lx, key:%x\n",  \
(unsigned long)stat1.st_dev, (unsigned long)stat1.st_ino , ftok(argv[1],0x122 )) ;
    printf("st_dev:%lx, st_ino:%lx, key:%x\n",  \
(unsigned long)stat1.st_dev, (unsigned long)stat1.st_ino , ftok(argv[1],0x22 )) ;
    
    exit(0) ;
}

运行结果：

st_dev:801, st_ino:a0001, key:79010001
st_dev:801, st_ino:a0001, key:22010001
st_dev:801, st_ino:a0001, key:22010001

        根据上述结果可以看出，通过ftok返回的是根据文件（pathname）信息和计划编号（proj_id）合成的IPC key键值，从而避免用户使用key值的冲突。proj_id值的意义让一个文件也能生成多个IPC key键值。ftok利用同一文件最多可得到IPC key键值0xff（即256）个，因为ftok只取proj_id值二进制的后8位，即16进制的后两位与文件信息合成IPC key键值。

        需要注意的是：如果两个路径名引用的是两个不同的文件，那么ftok会返回不同的key；如果两个路径相同，试用同一个id值，那么有可能会返回相同的key。

        在 XSI IPC 三种get函数中（msgget、semget、shmget）都会有两个相似的参数：key  和 flag

        在创建新的IPC结构时（通常是由服务器创建），如果key是IPC_PRIVATE 或者 和当前某种类型的IPC结构无关，则flag需要用 IPC_CREAT 标志位。

      在引用现有的IPC结构时（通常是客户端），key 必须等于 服务器创建的 key。 IPC_CREAT 不必可以声明。注意：IPC_PRIVATE 不能作为客户端引用的key，IPC_PRIVATE只能创建，如果要引用 IPC_PRIVATE 需要用其相关的标识符（也就是前面讲的内部名，下面详细说明），然后利用msgsnd、msgrev等函数使用标识符。这样绕过get。

      flag的使用：

（2）标识符

        给semget、msgget、shmget传入key值，它们返回的都是相应的IPC对象标识符。注意IPC键值和IPC标识符是两个概念，后者是建立在前者之上。下图画出了从IPC键值生成IPC标识符图，其中key为IPC键值，由ftok函数生成；ipc_id为IPC标识符，由semget、msgget、shmget函数生成。ipc_id在信号量函数中称为semid，在消息队列函数中称为msgid，在共享内存函数中称为shmid，它们表示的是各自IPC对象标识符。

 

2、创建 或 打开 IPC对象

semget、msgget、shmget函数的作用是创建一个新的IPC对象或者访问一个已存在的IPC对象。其创建或访问的规则如下：
①    指定key为IPC_PRIVATE操作系统保证创建一个唯一的IPC对象。
②    设置flag参数的IPC_CREAT位但不设置它的IPC_EXCL位时，如果所指定key键的IPC对象不存在，那就是创建一个新的对象；否则返回该对象。
③    同时设置flag的IPC_CREAT和IPC_EXCL位时，如果所指定key键的IPC对象不存在，那就创建一个新的对象；否则返回一个EEXIST错误，因为该对象已存在。
综上所述，flag创建模式标志的作用如下表15-3所示。
表15-3 三种xxxget函数flag的创建模式标志作用表

flag创建模式标志	不存在	已存在
无特殊标志	出错，errno=ENOENT	成功，引用已存在对象
IPC_CREAT	成功，创建新对象	成功，引用已存在对象
IPC_CREAT|IPC_EXCL	成功，创建新对象	出错，errno=EEXIST

下图15-2画出了semget、msgget、shmget创建或打开一个IPC对象的逻辑流程图，它说明了内核创建和访问IPC对象的流程。

图15-2 semget、msgget、shmget创建或打开一个IPC对象的逻辑流程图
     使用semget、msgget、shmget创建一个IPC对象时，需要指定flag标志，在key不等于IPC_PRIVATE情况下，flag标志决定了创建方式和创建后IPC对象的存取权限。在key等于IPC_PRIVATE情况下，flag标志决定了创建后IPC对象的存取权限。如果只是引用一个已经存在的IPC对象只需把flag标志设为0即可。

 

3、有关该函数的三个常见问题：

1.pathname是目录还是文件的具体路径，是否可以随便设置
2.pathname指定的目录或文件的权限是否有要求
3.proj_id是否可以随便设定，有什么限制条件

解答：

    1、ftok根据路径名，提取文件信息，再根据这些文件信息及project ID合成key，该路径可以随便设置。
    2、该路径是必须存在的，ftok只是根据文件inode在系统内的唯一性来取一个数值，和文件的权限无关。
    3、proj_id是可以根据自己的约定，随意设置。这个数字,有的称之为project ID; 在UNIX系统上,它的取值是1到255;

 

4、关于ftok()函数的一个陷阱

     在使用ftok()函数时，里面有两个参数，即fname和id，fname为指定的文件名，而id为子序列号，这个函数的返回值就是key，它与指定的文件的索引节点号和子序列号id有关，这样就会给我们一个误解，即只要文件的路径，名称和子序列号不变，那么得到的key值永远就不会变。
     事实上，这种认识是错误的，想想一下，假如存在这样一种情况：在访问同一共享内存的多个进程先后调用ftok()时间段中，如果fname指向的文件或者目录被删除而且又重新创建，那么文件系统会赋予这个同名文件新的i节点信息，于是这些进程调用的ftok()都能正常返回，但键值key却不一定相同了。由此可能造成的后果是，原本这些进程意图访问一个相同的共享内存对象，然而由于它们各自得到的键值不同，实际上进程指向的共享内存不再一致；如果这些共享内存都得到创建，则在整个应用运行的过程中表面上不会报出任何错误，然而通过一个共享内存对象进行数据传输的目 的将无法实现。
      这是一个很重要的问题，希望能谨记！！！
     所以要确保key值不变，要么确保ftok()的文件不被删除，要么不用ftok()，指定一个固定的key值。

 

UNIX高级编程总结-----进程间通信（消息队列）

文章引用：linux进程间通信--消息队列相关函数（ftok）详解