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1.system V消息队列

两个进程，进程A在OS中申请一块空间以队列形式，然后写入信息，这时进程B访问了这个队列，就可以看到写入的信息了，就说一个通信了，写入的信息以结构体形式，然后在队列中存储着，这个队列就叫消息队列，进程还可以创建多个消息队列，这样进需要对消息队列进行管理了，用链表形式把一个一个的消息队列串在一起，就可以进行维护了。然后俩个进程怎么保证看到的进程是否是同一个消息队列，是以key值来确定是否是同一个消息队列。

消息队列的调用接口

 1.msgget创建或访问消息队列

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgget(key_t key, int msgflg);

key:通过ftok函数生成的唯一键值

msgflg:标志位，常用的有IPC_CREAT(创建队列)，IPC_EXCL(若队列已经存在则报错)，和权限位

示例：

key_t key = ftok("/tmp", 'a');  // 生成一个唯一的键值
int msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0666);  // 创建或访问消息队列

2.发生消息msgsnd

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgsnd(int msgid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

 mssgid:通过msgget获取队列的消息队列标识符

msgp:指向消息缓冲区的指针

msgsz:消息的大小(注意不是结构体的大小，仅表示正文的大小)

msgflg:标志位，常用的有IPC_NOWAIT(非阻塞)

示例

struct msg_buffer {long msg_type;char msg_text[100];
};struct msg_buffer message;
message.msg_type = 1;  // 消息类型
strcpy(message.msg_text, "Hello, Message Queue!");msgsnd(msgid, &message, sizeof(message), 0);  // 发送消息

3.接受消息msgrcv

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

ssize_t msgrcv(int msgid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

msgid:消息队列标识符

msgp:指向消息缓冲区的指针

msgsz:缓冲区的大小

msgtyp:要接受的消息类型

msgflg:标志位，常用的有IPC_NOWAIT

示例

 

struct msg_buffer message;
msgrcv(msgid, &message, sizeof(message), 1, 0);  // 接收消息类型为1的消息

4.控制消息队列msgctl

对消息队列进行控制操作，如获取状态，设置属性或删除队列

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgctl(int msgid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

 msgid:消息队列标识符

cmd:操作命令，常用的有IPC_STAT(获取队列状态)，IPC_SET(设置队列属性)和IPC_RMID(删除队列)

buf:指向msqid_ds结构的指针，用于存储或修改队列的属性

示例

struct msqid_ds mqs;
msgctl(msgid, IPC_STAT, &mqs);  // 获取消息队列的状态
msgctl(msgid, IPC_SET, &mqs);  // 设置消息队列的属性
msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);  // 删除消息队列

 msgid_ds 结构体代码

 消息队列的生命周期

消息队列的生命周期不会随进程的结束而关掉，需要手动执行关闭消息队列释放资源。

2.并发编程

多个执行流(进程)，能看到同一份公共资源：公共资源

被保护的资源就叫临界资源

被保护的方式：互斥和同步(互斥是任何时刻只允许一个执行流访问资源，同步是多个执行流访问临界资源时，具有一定的顺序性)

系统中某些资源一次只允许一个进程使用，这样的资源为临界资源或者互斥资源

在进程中，涉及到互斥资源的程序段叫临界区，我们写的代码=访问临界资源的代码(临界区)+不访问临界资源的代码(非临界区)

所谓的对共享资源进行保护，本质是对访问共享资源的代码进行保护。

例子

我们要去银行存钱，就需要进到里面的小屋子里面，首先就要把们打开，再能进去存，存完后再出来，门有锁，所以这个过程是不会被被干扰的，只有当你把钱存进去后，把门打开，别人才能进去，这就是原子性，保证任务完成不被干扰。

 

3.信号量

信号量：是一个计数器

只用方面：保护临界区

本质方面：信号量本质是对资源的预订机制

操作方面：申请资源，计数器--，P操作；释放资源，计数器++，V操作

例子

去电影买票，不是坐到这个位置，这个位置就是你的，而是买了票，票上面的号码就表示着对于号码的位置是你的，在电影开始到播放结束之间，这个位置都是你的，不管你去不去看电影，买票就是对资源的预定机制。sem表示有16个位置，那么又有人要看就只能阻塞等待，直到下一个电影开始了。

 特殊情况

有svip的影院，只能一个人看，信号量是1，这样就是互斥的现象了，你看完了，才到下一个人，一次使用一整块资源。

信号量是计数器，描述的是临界资源中，资源数量的多少，就像一个电影院能出售多少个位置一样，所有的进程，访问临界资源中的一小块，就必须先申请信号量，看电影就必须要买票一样，进程访问资源前，先申请信号量，本质是：是对资源的预订机制。预定的资源，即便不使用，其它进程也不能使用这块资源。

信号量调用接口

POSIX信号量接口

1.sem_init初始化信号量

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

• sem：指向信号量的指针。

• pshared：指定信号量是否在进程间共享（非零值表示共享）。

• value：信号量的初始值。

• 返回值：成功返回0，失败返回-1。

2.sem_wait等待信号量

int sem_wait(sem_t *sem);

• sem：指向信号量的指针。

• 功能：如果信号量值大于0，则减1并返回；否则阻塞，直到信号量值大于0

3.sem_post释放信号量

int sem_post(sem_t *sem);

• sem：指向信号量的指针。

• 功能：将信号量值加1，并唤醒等待该信号量的线程。

 4.sem_destory销毁信号量

int sem_destroy(sem_t *sem);

• sem：指向信号量的指针。

• 功能：释放信号量占用的资源。

system V信号量接口

1.semget创建或获取信号量

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

 

• key：通过ftok生成的唯一键值。

• nsems：信号量集中的信号量数量。

• semflg：标志位，常用的有IPC_CREAT（创建信号量集）和权限位（如0666）。

2.semop对信号量进行操作(P,V操作)

int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);

• semid：信号量集的标识符。

• sops：指向sembuf结构数组的指针，定义了要执行的操作。

• nsops：sops数组的大小。

3.semctl对信号量进行控制操作

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

• semid：信号量集的标识符。

• semnum：信号量的编号。

• cmd：操作命令，常用的有IPC_RMID（删除信号量集）、IPC_SET（设置信号量属性）和IPC_STAT（获取信号量状态）。

• 信号量集合 是由多个信号量组成的一个数组。每个信号量都是一个计数器，用于控制对共享资源的访问。

• 在 System V信号量 中，信号量集合允许一次申请多个信号量，并且这些信号量可以一起被管理。

信号量结构体代码

 

总结

共享内存，消息队列和信号量都用key来区分唯一，OS中，共享内存，消息队列和信号量被当成同一种资源。

结构图

ipc_id_ary里有一个柔性数组，里面存储的是不同通信的形式，msg_queue，shnid_kernel和sem_arry的首元素都是perm指向一个结构体，开头都是一样的，则就可以用数组管理起来了，以多态的形式，头一样其余的不同，就像继承一样，把共同的继承下来了，又有不一样的东西存在。

shmid之所以是一个整数，因为是下标来访问数组元素的，对于的就是共享内存，消息队列和信号量三种之一的通信方式。