引言

Unix 內(nèi)核管理的進(jìn)程自主地操作，從而產(chǎn)生更穩(wěn)定的系統(tǒng)。然而，每個(gè)開發(fā)人員最終都會(huì)遇到這樣的情況，即其中一組進(jìn)程需要與另一組進(jìn)程通信，也許是為了交換數(shù)據(jù)或發(fā)送命令。這種通信稱為進(jìn)程間通信（Inter-Process Communication，IPC）。System V (SysV) UNIX 規(guī)范描述了以下三種 IPC 機(jī)制，它們統(tǒng)稱為 SysV IPC：

消息隊(duì)列

信號(hào)量

共享內(nèi)存

此外，進(jìn)程還可以通過(guò)其他機(jī)制通信，例如：

讀、寫和鎖定文件

信號(hào)

套接字

管道

FIFO（先進(jìn)先出）

這后一組機(jī)制一般也稱為 IPC。由于其簡(jiǎn)單性和有效性，本文將集中于 SysV IPC 方法。

了解 SysV 模型

三種 SysV IPC 方法具有類似的語(yǔ)法，盡管它們具有不同的用途。一般情況下，它們執(zhí)行以下操作：

確定要用于 ftok(3) 的正確 IPC 密鑰。

分別使用 msgget(2)、semget(2) 或 shmget(2) 獲得用于消息隊(duì)列、信號(hào)量或共享內(nèi)存的特定于 IPC 的標(biāo)識(shí)符，這些標(biāo)識(shí)符與 IPC 密鑰相關(guān)聯(lián)。

使用 msgctl(2)、semctl(2) 或 shmctl(2) 修改 IPC 實(shí)例的屬性。

利用特定的 IPC 實(shí)例。

最后，使用 msgctl(2)、semctl(2) 或 shmctl(2) 和 IPC_RMID 標(biāo)志銷毀 IPC 實(shí)例。

每個(gè) IPC 實(shí)例都被賦予一個(gè)標(biāo)識(shí)符，以將它與系統(tǒng)上存在的其他 IPC 實(shí)例區(qū)分開來(lái)。例如，兩個(gè)不同的應(yīng)用程序可能分別決定使用共享內(nèi)存段，因此系統(tǒng)范圍的 IPC ID 將區(qū)分這兩個(gè)實(shí)例。雖然可能不是那么明顯，但是第一個(gè)挑戰(zhàn)就是弄清如何分發(fā)這樣的信息：即如何在沒(méi)有準(zhǔn)備某種 IPC 機(jī)制的情況下附加到一個(gè)公共 IPC 實(shí)例。

ftok 庫(kù)調(diào)用使用某個(gè)給定文件中的索引節(jié)點(diǎn)信息和一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)符來(lái)得出一個(gè)密鑰，只要該文件存在并且該標(biāo)識(shí)符為常量，此密鑰就保持相同。因此，兩個(gè)進(jìn)程可以使用它們的配置文件和編譯時(shí)常量來(lái)得出相同的 IPC 密鑰。常量的存在允許同一個(gè)應(yīng)用程序通過(guò)改變常量來(lái)創(chuàng)建 IPC 機(jī)制的多個(gè)實(shí)例。

在一組進(jìn)程獨(dú)立得出各自的 IPC 密鑰之后，它們必須使用某個(gè) get 系統(tǒng)調(diào)用來(lái)獲得與該特定 IPC 實(shí)例關(guān)聯(lián)的特定標(biāo)識(shí)符。各個(gè) get 調(diào)用全都需要 IPC 密鑰和一組標(biāo)志，以及一些信號(hào)量和共享內(nèi)存大小信息。由于 Unix 是多用戶系統(tǒng)，標(biāo)志將包括熟悉的八進(jìn)制形式的文件權(quán)限（因此 666 意味著任何人都可以執(zhí)行讀和寫）。如果還設(shè)置了 IPC_CREAT 標(biāo)志，則會(huì)在 IPC 實(shí)例不存在時(shí)創(chuàng)建該實(shí)例。如果沒(méi)有設(shè)置 IPC_CREAT 標(biāo)志并且還未創(chuàng)建 IPC 實(shí)例，則 get 調(diào)用將返回錯(cuò)誤。

對(duì)于能夠自己分發(fā) IPC 實(shí)例標(biāo)識(shí)符的應(yīng)用程序，存在一種用于執(zhí)行該任務(wù)的更簡(jiǎn)單方法。如果您在調(diào)用 get 以創(chuàng)建 IPC 時(shí)使用密鑰 IPC_PRIVATE，則實(shí)例標(biāo)識(shí)符將是唯一的。需要附加到該 IPC 的其他進(jìn)程不需要調(diào)用 get，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)擁有該標(biāo)識(shí)符。

一旦擁有了標(biāo)識(shí)符，應(yīng)用程序就可以任意使用 IPC 實(shí)例。每種 IPC 方法都是不同的，并在它們各自的部分中進(jìn)行處理。

通過(guò)隊(duì)列傳遞消息

消息隊(duì)列提供了一種機(jī)制，使得一個(gè)進(jìn)程可以發(fā)送另一個(gè)進(jìn)程能夠獲得的消息。在獲得該消息之后，將從隊(duì)列中刪除該消息。消息隊(duì)列非常獨(dú)特，因?yàn)閮蓚€(gè)進(jìn)程不必同時(shí)存在——一個(gè)進(jìn)程可以發(fā)送一個(gè)消息并退出，而該消息可以在數(shù)天后才被另一個(gè)進(jìn)程獲得。

消息必須由一個(gè)長(zhǎng)整數(shù)后面跟著消息數(shù)據(jù)組成。清單 1 顯示了 C 語(yǔ)言中的這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)，其中使用了一個(gè) 100 字節(jié)的消息。

清單 1. 示例消息的 C 語(yǔ)言定義

struct mq_message {long type;　/* The type or destination */char text[100]; /* Data */};

消息接收者使用消息類型。當(dāng)從隊(duì)列輪詢消息時(shí)，您可以選擇第一個(gè)可用的消息，或者可以查找某種特定的消息類型。將要使用的消息類型特定于應(yīng)用程序，從而使得隊(duì)列獨(dú)特于其他形式的 IPC，因?yàn)閮?nèi)核通過(guò)讀取 type 字段，從而在一定程度上了解所傳遞的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)。

清單 2 顯示了消息隊(duì)列的消息提交部分。

清單 2. 向消息隊(duì)列提交消息的程序

#include <sys/types.h>#include <sys/msg.h>#include <sys/ipc.h>#include <string.h>#include <stdio.h>int main (void) {key_t ipckey;int mq_id;struct { long type; char text[100]; } mymsg;/* Generate the ipc key */ipckey = ftok("/tmp/foo", 42);printf("My key is %dn", ipckey);/* Set up the message queue */mq_id = msgget(ipckey, IPC_CREAT | 0666);printf("Message identifIEr is %dn", mq_id);/* Send a message */memset(mymsg.text, 0, 100); /* Clear out the space */strcpy(mymsg.text, "Hello, world!");mymsg.type = 1;msgsnd(mq_id, &mymsg, sizeof(mymsg), 0);}

清單 2 中的代碼包括了必要的頭文件，然后定義了將在 main 函數(shù)中使用的變量。第一要?jiǎng)?wù)是使用 /tmp/foo 作為命令文件和使用數(shù)字 42 作為 ID 來(lái)確定 IPC 密鑰。出于演示的目的，這里使用 printf(3c) 將密鑰顯示在屏幕上。接下來(lái)，該代碼使用 msgget 創(chuàng)建消息隊(duì)列。msgget 的第一個(gè)參數(shù)是 IPC 密鑰，第二個(gè)參數(shù)是一組標(biāo)志。在該示例中，標(biāo)志包括八進(jìn)制權(quán)限（該權(quán)限允許具有 IPC 密鑰的任何人完全使用該 IPC）和 IPC_CREAT 標(biāo)志（此標(biāo)志導(dǎo)致 msgget 創(chuàng)建隊(duì)列）。同樣，結(jié)果被打印到屏幕上。

將消息發(fā)送到隊(duì)列是非常簡(jiǎn)單的。在對(duì)消息中的內(nèi)存空間清零之后，將一個(gè)熟悉的字符串復(fù)制到緩沖區(qū)的文本部分。將消息類型設(shè)置為 1，然后調(diào)用 msgsnd。msgsnd 預(yù)期接受的參數(shù)為隊(duì)列 ID、一個(gè)指向數(shù)據(jù)的指針和數(shù)據(jù)的大小，以及一個(gè)指示是否阻塞該調(diào)用的標(biāo)志。如果該標(biāo)志為 IPC_NOWAIT，則即使隊(duì)列已滿，該調(diào)用也會(huì)返回。如果該標(biāo)志為 0，則調(diào)用將阻塞，直至隊(duì)列上的空間被釋放、隊(duì)列被刪除或應(yīng)用程序收到某個(gè)信號(hào)。

該過(guò)程的客戶端行為與此類似。清單 3 顯示了檢索服務(wù)器發(fā)送的消息的代碼。

清單 3. 用于從隊(duì)列檢索消息的代碼

#include <sys/types.h>#include <sys/msg.h>#include <sys/ipc.h>#include <string.h>#include <stdio.h>int main (void) {key_t ipckey;int mq_id;struct { long type; char text[100]; } mymsg;int received;/* Generate the ipc key */ipckey = ftok("/tmp/foo", 42);printf("My key is %dn", ipckey);/* Set up the message queue */mq_id = msgget(ipckey, 0);printf("Message identifIEr is %dn", mq_id);received = msgrcv(mq_id, &mymsg, sizeof(mymsg), 0, 0);printf("%s (%d)n", mymsg.text, received);}

獲得 IPC 密鑰和消息隊(duì)列標(biāo)識(shí)符的過(guò)程與服務(wù)器的代碼類似。對(duì) msgget 的調(diào)用不指定任何標(biāo)志，因?yàn)榉?wù)器已經(jīng)創(chuàng)建了隊(duì)列。如果應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)允許客戶端在服務(wù)器之前啟動(dòng)，則客戶端和服務(wù)器都必須指定權(quán)限和 IPC_CREAT 標(biāo)志，以便其中首先啟動(dòng)的應(yīng)用程序創(chuàng)建隊(duì)列。

然后 mq_clIEnt.c 調(diào)用 msgrcv 以從隊(duì)列提取消息。前三個(gè)參數(shù)指定消息隊(duì)列標(biāo)識(shí)符、指向?qū)⒌膬?nèi)存空間的指針和緩沖區(qū)的大小。第四個(gè)參數(shù)是類型參數(shù)，它允許您選擇所要獲得的消息：

如果類型為 0，則返回隊(duì)列中的第一個(gè)消息。

如果類型為正整數(shù)，則返回隊(duì)列中的第一個(gè)該類型的消息。

如果類型為負(fù)整數(shù)，則返回隊(duì)列中具有最小值的第一個(gè)消息，且該最小值小于或等于指定類型的絕對(duì)值。例如，如果要將 2 然后再將 1 添加到隊(duì)列，則使用類型 -2 調(diào)用 msgrcv 將返回 1，因?yàn)樗钚。M管它是隊(duì)列中的第二個(gè)消息。

傳遞給 msgrcv 的第五個(gè)參數(shù)同樣是阻塞標(biāo)志。清單 4 顯示了實(shí)際操作中的客戶端和服務(wù)器。

清單 4. 客戶端和服務(wù)器代碼的輸出

sunbox$ ./mq_serverMy key is 704654099Message identifier is 2sunbox$ ./mq_clientMy key is 704654099Message identifier is 2Hello, world! (104)

客戶端和服務(wù)器的輸出表明，它們得出了相同的 IPC 密鑰，因?yàn)樗鼈兌家猛粋€(gè)文件和標(biāo)識(shí)符。服務(wù)器創(chuàng)建了 IPC 實(shí)例，內(nèi)核為該實(shí)例分配了值 2，并且客戶端應(yīng)用程序知道這一點(diǎn)。這樣，客戶端從消息隊(duì)列提取回“Hello, world!就沒(méi)什么奇怪的了。

此示例顯示了最簡(jiǎn)單的情況。消息隊(duì)列對(duì)于短期進(jìn)程是有用的，例如將工作提交給重負(fù)荷后端應(yīng)用程序（例如某個(gè)批處理應(yīng)用程序）的 Web 事務(wù)。客戶端也可以是服務(wù)器，并且多個(gè)應(yīng)用程序可以向隊(duì)列提交消息。消息類型字段允許應(yīng)用程序?qū)⑾l(fā)送給特定的讀取器。

使用信號(hào)量鎖定資源

進(jìn)程之間的通信不需要涉及到發(fā)送大量的數(shù)據(jù)。實(shí)際上，單個(gè)位可能就足以指示某個(gè)進(jìn)程在使用某個(gè)資源。請(qǐng)考慮兩個(gè)需要訪問(wèn)某個(gè)硬件部分的進(jìn)程，但是一次只有一個(gè)進(jìn)程能夠使用該硬件。每個(gè)進(jìn)程就包含引用計(jì)數(shù)器的點(diǎn)達(dá)成一致。如果一個(gè)進(jìn)程讀取該計(jì)數(shù)器并看到其值為 1，則它就知道另一個(gè)進(jìn)程正在使用該硬件。如果該計(jì)數(shù)器的值為 0，則該進(jìn)程就可以自由使用該硬件資源，前提是在該硬件操作期間將計(jì)數(shù)器設(shè)置為 1 并在結(jié)束操作時(shí)將其重置為 0。

此場(chǎng)景存在兩個(gè)問(wèn)題：第一個(gè)問(wèn)題不過(guò)就是設(shè)置共享計(jì)數(shù)器并就其位置達(dá)成一致，再?zèng)]有比這麻煩的了。第二個(gè)問(wèn)題是鎖定硬件資源所需要的獲取和設(shè)置操作不是原子的。如果一個(gè)進(jìn)程在讀取計(jì)數(shù)器時(shí)，其值為 0，但是在它還沒(méi)有機(jī)會(huì)將計(jì)數(shù)器設(shè)置為 1 之前，另一個(gè)進(jìn)程已搶先讀取了該計(jì)數(shù)器，則第二個(gè)進(jìn)程就能夠讀取和設(shè)置計(jì)數(shù)器。兩個(gè)進(jìn)程都會(huì)認(rèn)為它們可以使用該硬件。沒(méi)有辦法知道另一個(gè)或其他進(jìn)程是否會(huì)設(shè)置該計(jì)數(shù)器。這稱為爭(zhēng)用條件。信號(hào)量通過(guò)提供一個(gè)公共應(yīng)用程序接口，以及通過(guò)實(shí)現(xiàn)原子測(cè)試和設(shè)置操作，從而同時(shí)解決了這兩個(gè)問(wèn)題。

信號(hào)量的 SysV 實(shí)現(xiàn)比上述解決方案更通用。首先，信號(hào)量的值不需要是 0 或 1；它可以是 0 或任何正數(shù)。其次，可以執(zhí)行一系列信號(hào)量操作，與用于 msgrcv 的 type 參數(shù)非常類似。這些操作作為一個(gè)指令集提供給內(nèi)核，并且這些指令要么全部運(yùn)行，要么一個(gè)也不會(huì)運(yùn)行。內(nèi)核要求將這些指令放在一個(gè)名為 sembuf 的結(jié)構(gòu)中，該結(jié)構(gòu)具有以下成員（按順序）：

sem_num：描述正在操作該集合中的哪一個(gè)信號(hào)量。

sem_op：一個(gè)有符號(hào)整數(shù)，其中包含要執(zhí)行的指令或測(cè)試。

sem_flg：熟悉的 IPC_NOWAIT 標(biāo)志（它指示測(cè)試應(yīng)該立即返回還是阻塞直至通過(guò)）和 SEM_UNDO（它在進(jìn)程提前退出時(shí)導(dǎo)致撤銷該信號(hào)量操作）的組合。

sem_op 是放置許多配置的地方：

如果 sem_op 為 0，則測(cè)試 sem_num 以確定它是否為 0。如果 sem_num 為 0，則運(yùn)行下一個(gè)測(cè)試。如果 sem_num 不為 0，則在未設(shè)置 IPC_NOWAIT 時(shí)，操作將阻塞直至信號(hào)量變?yōu)?0，而在設(shè)置了 IPC_NOWAIT 時(shí)，則跳過(guò)其他測(cè)試。

如果 sem_op 是某個(gè)正數(shù)，則將信號(hào)量的值加上 sem_op 的值。

如果 sem_op 是一個(gè)負(fù)整數(shù)，并且信號(hào)量的值大于或等于 sem_op 的絕對(duì)值，則從信號(hào)量的值減去該絕對(duì)值。

如果 sem_op 是一個(gè)負(fù)整數(shù)，并且信號(hào)量的值小于 sem_op 的絕對(duì)值，則在 IPC_NOWAIT 為 true 時(shí)立即停止測(cè)試的執(zhí)行，而在該值為 false 時(shí)則阻塞，直至信號(hào)量的值變得大于 sem_op 的絕對(duì)值。

清單 5 中的示例闡明了信號(hào)量的使用，其中研究了一個(gè)可同時(shí)運(yùn)行多次的程序，但是該程序確保一次只有一個(gè)進(jìn)程處于關(guān)鍵部分。其中使用了簡(jiǎn)單情況下的信號(hào)量；當(dāng)信號(hào)量的值為 0 時(shí)釋放資源。

清單 5. 使用信號(hào)量來(lái)保護(hù)關(guān)鍵部分

#include <sys/types.h>#include <sys/sem.h>#include <sys/ipc.h>#include <string.h> /* For strerror(3c) */#include <errno.h> /* For errno */#include <unistd.h> /* rand(3c) */#include <stdio.h>int main (int argc, char **argv) {key_t ipckey;int semid;struct sembuf sem[2]; /* sembuf defined in sys/sem.h *//* Generate the ipc key */ipckey = ftok("/tmp/foo", 42);/* Set up the semaphore set. 4 == READ, 2 == ALTER */semid = semget(ipckey, 1, 0666 | IPC_CREAT);if (semid < 0) {printf("Error - %sn", strerror(errno));_exit(1);}/* These never change so leave them outside the loop */sem[0].sem_num = 0;sem[1].sem_num = 0;sem[0].sem_flg = SEM_UNDO; /* Release semaphore on exit */sem[1].sem_flg = SEM_UNDO; /* Release semaphore on exit */while(1) { /* loop forever */printf("[%s] Waiting for the semaphore to be releasedn", argv[1]);/* Set up two semaphore operations */sem[0].sem_op = 0; /* Wait for zero */sem[1].sem_op = 1; /* Add 1 to lock it*/semop(semid, sem, 2);printf("[%s] I have the semaphoren", argv[1]);sleep(rand() % 3); /* Critical section, sleep for 0-2 seconds */sem[0].sem_op = -1; /* Decrement to unlock */semop(semid, sem, 1);printf("[%s] Released semaphoren", argv[1]);sleep(rand() % 3); /* Sleep 0-2 seconds */}}

清單 5 的開頭與消息隊(duì)列示例的開頭相同。其中 msgget 在第二個(gè)參數(shù)中指定消息隊(duì)列的大小，semget 指定信號(hào)量集（Semaphore Set） 的大小。信號(hào)量集是一組共享一個(gè)公共 IPC 實(shí)例的信號(hào)量。該集合中的信號(hào)量數(shù)量無(wú)法更改。如果已經(jīng)創(chuàng)建了信號(hào)量集，則 semget 的第二個(gè)參數(shù)實(shí)際上被忽略。如果 semget 返回一個(gè)指示失敗的負(fù)整數(shù)，則打印原因，并退出程序。

在主 while 循環(huán)之前，對(duì) sem_num 和 sem_flg 進(jìn)行了初始化，因?yàn)樗鼈冊(cè)谡麄€(gè)示例中保持一致。此外還指定了 SEM_UNDO，以便在信號(hào)量擁有者未能釋放該信號(hào)量就已退出的情況下，不會(huì)鎖定所有其他應(yīng)用程序。

該循環(huán)中還打印了一個(gè)狀態(tài)消息，以指示應(yīng)用程序已開始等待信號(hào)量。此輸出附帶第一個(gè)命令行參數(shù)作為前綴，以將它與其他實(shí)例區(qū)分開來(lái)。在進(jìn)入關(guān)鍵部分之前，應(yīng)用程序鎖定了信號(hào)量。此示例中指定了兩個(gè)信號(hào)量指令。第一個(gè)為 0，意味著應(yīng)用程序?qū)⒌却敝列盘?hào)量值恢復(fù)為 0。第二個(gè)為 1，意味著在信號(hào)量恢復(fù)為零之后，將向該信號(hào)量加 1。應(yīng)用程序調(diào)用 semop 以運(yùn)行指令，并向其傳遞信號(hào)量 ID、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的地址和要使用的 sembuf 指令數(shù)量。

在 semop 返回以后，應(yīng)用程序知道它已經(jīng)鎖定了信號(hào)量，并打印一個(gè)消息以指示這一點(diǎn)。然后關(guān)鍵部分將會(huì)運(yùn)行，在此例中是隨機(jī)地暫停幾秒。最后，使用 semop 值 -1 來(lái)運(yùn)行單個(gè) sembuf 命令，從而釋放信號(hào)量，這實(shí)際上是從信號(hào)量減去 1，并將其值恢復(fù)為 0。隨后打印更多的調(diào)試輸出，應(yīng)用程序隨機(jī)暫停，然后繼續(xù)執(zhí)行。清單 6 顯示了此應(yīng)用程序的兩個(gè)實(shí)例的輸出。

清單 6. 兩個(gè)使用信號(hào)量來(lái)保護(hù)關(guān)鍵部分的程序

sunbox$ ./sem_example a & ./sem_example b &[a] Waiting for the semaphore to be released[a] I have the semaphore[b] Waiting for the semaphore to be released[a] Released semaphore[b] I have the semaphore[a] Waiting for the semaphore to be released[b] Released semaphore[a] I have the semaphore[a] Released semaphore[a] Waiting for the semaphore to be released[a] I have the semaphore

清單 6 顯示了運(yùn)行的示例的兩個(gè)實(shí)例，這兩個(gè)實(shí)例分別具有名稱 a 和 b。首先，a 獲得信號(hào)量，在 a 擁有該信號(hào)量的同時(shí)，b 嘗試獲得一個(gè)鎖。一旦釋放了信號(hào)量，b 即獲得鎖。現(xiàn)在情況顛倒過(guò)來(lái)，變?yōu)榈却?b 完成。最后，a 在信號(hào)量被釋放后再次獲得該信號(hào)量，因?yàn)?b 沒(méi)有等待。

關(guān)于信號(hào)量，要注意的最后一個(gè)事項(xiàng)在于，它們被稱為建議鎖（Advisory Lock）。這意味著信號(hào)量本身并不阻止兩個(gè)進(jìn)程同時(shí)使用同一個(gè)資源；相反，它們旨在建議任何進(jìn)程自愿詢問(wèn)該資源是否正在使用。

共享內(nèi)存空間

共享內(nèi)存也許是最強(qiáng)大的 SysV IPC 方法，并且此方法最容易實(shí)現(xiàn)。顧名思義，共享內(nèi)存是在兩個(gè)進(jìn)程之間共享一個(gè)內(nèi)存塊。清單 7 顯示了一個(gè)程序，該程序調(diào)用 fork(2) 來(lái)將自身劃分為一個(gè)父進(jìn)程和一個(gè)子進(jìn)程，兩個(gè)進(jìn)程之間使用一個(gè)共享內(nèi)存段進(jìn)行通信。

清單 7. 演示共享內(nèi)存用法的程序

#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>#include <unistd.h>#include <string.h>#include <errno.h>int main(void) {pid_t pid;int *shared; /* pointer to the shm */int shmid;shmid = shmget(IPC_PRIVATE, sizeof(int), IPC_CREAT | 0666);if (fork() == 0) { /* Child *//* Attach to shared memory and print the pointer */shared = shmat(shmid, (void *) 0, 0);printf("Child pointer　%pn", shared);*shared=1;printf("Child value=%dn", *shared);sleep(2);printf("Child value=%dn", *shared);} else { /* Parent *//* Attach to shared memory and print the pointer */shared = shmat(shmid, (void *) 0, 0);printf("Parent pointer %pn", shared);printf("Parent value=%dn", *shared);sleep(1);*shared=42;printf("Parent value=%dn", *shared);sleep(5);shmctl(shmid, IPC_RMID, 0);}}

您現(xiàn)在應(yīng)該已經(jīng)熟悉傳遞給 shmget 的參數(shù)了：密鑰、大小和標(biāo)志。此示例中的共享內(nèi)存大小是單個(gè)整數(shù)。清單 7 與前一個(gè)示例的不同之處在于它對(duì) IPC 密鑰使用了 IPC_PRIVATE。當(dāng)使用了 IPC_PRIVATE 時(shí)，將保證創(chuàng)建一個(gè)唯一的 IPC ID，并且預(yù)期應(yīng)用程序?qū)⒆约悍职l(fā)該 ID。在此示例中，父進(jìn)程和子進(jìn)程都知道 shmid，因?yàn)樗鼈兎謩e是對(duì)方的副本。fork 系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建當(dāng)前進(jìn)程的第二個(gè)副本，稱為子進(jìn)程，此進(jìn)程幾乎與父進(jìn)程完全相同。兩個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行都在 fork 之后恢復(fù)。返回值將用于確定當(dāng)前進(jìn)程是父進(jìn)程還是子進(jìn)程。

父進(jìn)程和子進(jìn)程看起來(lái)相似。首先，shmat 系統(tǒng)調(diào)用被用于獲得指向共享內(nèi)存段的指針。shmat 需要共享內(nèi)存 ID、一個(gè)指針和某些標(biāo)志。該指針用于請(qǐng)求特定的內(nèi)存地址。通過(guò)傳遞 0，內(nèi)核可以隨心所欲地選擇任何內(nèi)存地址。標(biāo)志大部分是特定于供應(yīng)商的，不過(guò) SHM_RDONLY 是一個(gè)公共標(biāo)志，用于指示不寫入的段。如清單 7 所示，shmat 的常見(jiàn)用法是讓內(nèi)核決定一切。

shmat 返回一個(gè)指向共享內(nèi)存段的指針，此示例出于調(diào)試目的而將其打印到了屏幕上。然后每個(gè)進(jìn)程依次修改該共享內(nèi)存段，并打印出值。最后，父進(jìn)程使用 shmctl(2) 來(lái)刪除共享內(nèi)存段。清單 8 顯示了此程序的輸出。

清單 8. 共享內(nèi)存示例的輸出

sunbox$ ./shared_memoryChild pointer　ff390000Child value=1Parent pointer ff380000Parent value=1Parent value=42Child value=42

您可以從輸出中看到相同內(nèi)存空間的共享。起初，共享內(nèi)存中的值為 1，這是由子進(jìn)程設(shè)置并由父進(jìn)程讀取的。然后父進(jìn)程將該值設(shè)置為 42，并由子進(jìn)程讀取。請(qǐng)注意，父進(jìn)程和子進(jìn)程擁有指向共享內(nèi)存段的不同指針地址，盡管它們是在訪問(wèn)相同的物理內(nèi)存。在使用物理地址時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題，例如鏈表，因此當(dāng)您在共享內(nèi)存中構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，可以使用相對(duì)尋址。

此示例依賴在一個(gè)進(jìn)程向共享內(nèi)存寫入時(shí)，另一個(gè)進(jìn)程暫停。在實(shí)際應(yīng)用程序中，這是不切實(shí)際的，因此，如果您的應(yīng)用程序可能潛在地?fù)碛卸鄠€(gè)向相同內(nèi)存位置執(zhí)行寫入的進(jìn)程，可以考慮使用信號(hào)量來(lái)鎖定該區(qū)域。

結(jié)束語(yǔ)

Unix 提供了若干種用于 IPC 的方法。SysV IPC 方法是消息隊(duì)列、信號(hào)量和共享內(nèi)存。消息隊(duì)列允許一個(gè)應(yīng)用程序提交消息，其他應(yīng)用程序可以在以后獲得該消息，甚至是在發(fā)送應(yīng)用程序已結(jié)束之后。信號(hào)量確保多個(gè)應(yīng)用程序可以鎖定資源并避免爭(zhēng)用條件。共享內(nèi)存允許多個(gè)應(yīng)用程序共享一個(gè)公共內(nèi)存段，從而提供了一種傳遞和共享大量數(shù)據(jù)的快速方法。您還可以將這些方法結(jié)合起來(lái)使用。例如，您可以使用信號(hào)量來(lái)控制對(duì)共享內(nèi)存段的訪問(wèn)。

IPC 方法對(duì)應(yīng)用程序開發(fā)人員非常有用，因?yàn)樗鼈兲峁┝藨?yīng)用程序之間的標(biāo)準(zhǔn)通信方法，并且是跨不同 UNIX 風(fēng)格可移植的。當(dāng)您下次發(fā)現(xiàn)自己需要鎖定資源或在進(jìn)程之間共享數(shù)據(jù)時(shí)，可以試驗(yàn)一下 SysV IPC 機(jī)制。