浅谈UNIX网络编程system V IPC机制

进程间通信(IPC,Inter-Process Communication)指至少两个进程或线程间传送数据或信号的一些技术或方法。

一.System V IPC 的构成

　　　　１．system v消息队列

　　　　２．system v信号量

　　　　３．system v共享内存

我们把这三种工具统称为System V IPC的对象，每个对象都具有一个唯一的IPC标识符(identifier)。要保证不同的进程能够获取同一个IPC对象，必须提供一个IPC关键字(IPC key)，内核负责把IPC关键字转换成IPC标识符。

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二.Ftok函数

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　　　　系统建立IPC通讯（如消息队列、共享内存时）必须指定一个ID值。通常情况下，该id值通过ftok函数得到。

ftok原型如下：
            **key_t ftok( char * fname,int id )**
            fname就时你指定的文件名(该文件必须是存在而且可以访问的)，**id是子序号，虽然为int，但是只有8个比特被使用(0-255)。**
            当成功执行的时候，一个key_t值将会被返回，否则 -1 被返回。在一般的UNIX实现中，是将文件的索引节点号取出，前面加上子序号得到key_t的返回值。如指定文件的索引节点号为65538，换算成16进制为 0x010002，而你指定的ID值为38，换算成16进制为0x26，则最后的key_t返回值为0x26010002。

三.创建与打开ＩＰＣ通道

对于key值，应用程序可以有两种选择
１．调用ftok，给它传递pathname和id。
２．指定key为IPC_PRIVATE，这将保证会创建一个新的唯一的ＩＰＣ对象（不推荐）。

四.创建通道－getXXX函数

通常我们使用getxxx函数来创建或者访问一个已知的通道。

int msgget(key_t key,int flag);
int semget(key_t key,int nsems,int flag);
int shmget(key_t key,size_t size,int flag);

这个函数都有一个flag参数（由逻辑或组成），该参数也可类比open函数的flag参数，虽然取值不尽相同。这三个函数的flag取值是一样的。

IPC_CREAT    如果key不存在，则创建(类似open函数的O_CREAT)
IPC_EXCL       如果key存在，则返回失败(类似open函数的O_EXCL)
IPC_NOWAIT  如果需要等待，则直接返回错误

用一个图表更能体现其中的逻辑

另外oflag中的参数也将初始化ipc_perm结构中的mode成员。其中权限有一个简单的记忆方法，就是和linux中的权限是一样的，比如说你给一个0644系统将识别为MSG_R|MSG_W|MSG_R>>3|MSG_R>>6

五.控制函数——xxxctl函数

int msgctl(int msqid,int cmd,struct msqid_ds *buf);
int semctl(int semid,int semmun,.../*union semun arg */);
int shmctl(int shmid,struct shmid_ds *buf);

三个ctl控制函数其实是在操作三种IPC机制对应的三种数据结构：

msqid_ds
semid_ds
shmid_ds

它们有共同的后缀——id_ds。ds就是data structure(数据结构)的意思。
此处要注意的是消息队列的对应的结构体名称，其前缀为msq而非msg（这个缩写有点违和，取了队列的首字母q）
这些结构体中有一个共同的成员就是前面提到的ipc_perm。。
这三个函数都有一个cmd参数（控制参数），不同的IPC机制它们的控制参数是不一样的。但是由几个控制参数是公共的（定义在ipc.h中）。下面以消息队列为例（也适用于信号量和共享内存）

semctl函数有更复杂的作用，我们在稍后再谈。

五.操作函数

操作函数在不同的体系中有着不一样的作用。
在消息队列中

int msgsnd(int msqid,const void *ptr,size_t length,int flag);
ssize_t msgrcv(int msqid,void *ptr,long type,int flag);

其中　ptr所指向的结构需要自己构造，通常是这样

struct msgbuf
{
    long mtype;
    char mtetx[MAX_LINE];
}

在msgsnd中　size_t 应该为发送的mtetx的长度可以用strlen(mtetx）＋１
在msgrcb中　size_t 应该为ptr所指向的缓冲区的数据部分大小，是函数可以返回的最大数据量，可以用MAX_LIEN

在信号量中

int semop(int semid,struct sembuf *opsptr,size_t nops);

opsptr指向sembuf

struct sembuf
{
    short sem_num;   
    short sem_op;
    short sem_flag;
}

用于操作信号集中sem_num的信号量的增减，增减量由sem_op来决定。

在共享内存区中

int shmdt(const void *shmaddr);
void *shmat(int shmid,const void *shmaddr,int flag);

shmat函数是将共享内存区链接到调用的进程空。
其中当shmaddr 为NULL，系统替调用者选择地址（推荐）
当为一个非空的指针的时候，返回的地址取决与flag中的SHM_RND。没有指定者直接附接到shmaddr的地址上，指定了则附接到shmaddr向下舍入SHMLBA的常值所指向的地址上。
shmdt函数用于断接shmat附接的内存区。

六.小技巧－包裹函数

在UNIX网络编程中常常出现一些首字符大写的函数，这些是包裹函数，包裹了出错处理。有些函数不止。
这是我自己写的包裹函数，可以参考一下。

int Semop(int semid,size_t size)
{
    int ret = semop(semid,opsptr,size);
    if (ret == -1)
    {
        perror("semget:");
        exit(0);
    }
    return ret;
}

这样可以大量节省编程时间和代码量。