14.htm

UNIX环境下C编程的详细详细介绍

<p>如我们在14.6.1中所述，至少服务者应将分配给队列的标识符写到一个文件中以便 
</p>

<p>客户读取。 </p>

<p>这些作者列举的消息队列的其它优点是：（a）它们是可靠的（b）流是受到控制的 
</p>

<p>，（c）面向记录，（d）可以用非先进先出方式处理。正如我们在12.4节中所见， 
</p>

<p>流也具有所有这些优点，虽然在向一个流发送数据之前，需要一个open，在结束时 
</p>

<p>需要一个close。图14.15对这些不同形式的IPC的某些特征进行了比较。 
</p>

<p>图14.15 不同形式IPC之间特征的比较 </p>

<p>（我们将在第十五章对Unix流和数据报套接口进行简要说明。）表中的&quot;无连接&quot;， 
</p>

<p>我们指的是无需先调用某种形式的open，就能发送消息的能力。正如前述，因为需 
</p>

<p>要有某种技术以获得队列标识符，所以我们并不认为消息队列具有无连接特性。因 
</p>

<p>为所有这些形式的IPC都限制用在单主机上，所以它们都是可靠的。当消息通过网 
</p>

<p>络传送时，丢失消息的可能性就要加以考虑。流控制的意思是：如果系统资源短缺 
</p>

<p>（缓存）或者如果接收进程不能再接收更多消息，则发送进程就要睡眠。当流控制 
</p>

<p>条件消失时，发送进程应自动地被唤醒。 </p>

<p>在图14.15中我们没有表示的一个特征是：IPC设施能否自动地为每个客户自动地创 
</p>

<p>建一个到服务者的唯一连接。我们将在第十五章中说明，流以及Unix流套接口提供 
</p>

<p>这种能力。 </p>

<p>下面三节顺次对三种形式的系统V IPC进行详细说明。 </p>

<p>14.7消息队列(Message Queues) </p>

<p>消息队列是消息的链接表,存放在核内并由消息队列标识符标识。我们将称消 
</p>

<p>息队列为&quot;队列&quot;，其标识符为&quot;队列ID&quot;。msgget创建一个新队列或打开一个现存的 
</p>

<p>队列。msgsnd将新消息添加到队列尾端。每个消息包含有一个正长整型类型字段， 
</p>

<p>一个非负长度以及实际数据字节（对应于长度），所有这些都在将消息添加到队列 
</p>

<p>时，传送给msgsnd。用msgrcv从队列中取消息。我们并不一定要以先进先出次序取 
</p>

<p>消息。我们可以按消息的类型字段取消息。 </p>

<p>每个队列都有一个msqid_ds结构与其相关。此结构规定了队列的当前状态。 
</p>

<p>struct msqid_ds { </p>

<p>struct ipc_perm msg_perm ; 参见14.6.2 节 </p>

<p>struct msg *msg_first; 指向队列中第一条消息的指针 </p>

<p>struct msg *msg_last; 指向队列中最后一条消息的指针 </p>

<p>ulong msg_cbytest; 队列中的当前字节号 </p>

<p>ulong msg_qnum; 队列中的消息数 </p>

<p>ulong msg_qbytes; 队列中的最大字节数 </p>

<p>pid_t msg_lspid; 最后msgsnd()的pid </p>

<p>pid_t msg_lrpid; 最后msgrcv()的pid </p>

<p>time_t msg_stime 最后msgsnd()时间 </p>

<p>time_t msg_rtime 最后msgrcv()时间 </p>

<p>time_t msg_ctime; 最后更改时间 </p>

<p>}; </p>

<p>两个指针msgfirst和msglast分别指向相应消息在核内的存放位置，所以它们对用 
</p>

<p>户进程而言是无价值的。结构的其他成员是自定义的。 </p>

<p>图14.16列出了影响消息队列的系统限制（14。6。3节）。 </p>

<p>图14.6影响消息队列的系统限制 </p>

<p>调用的第一个函数通常是msgget，其功能是打开一个现存队列或创建一个新队列 
</p>

<p>。 </p>

<p>#include &lt;sys/types.h&gt; </p>

<p>#include &lt;sys/ipc.h&gt; </p>

<p>#include &lt;sys/msg.h&gt; </p>

<p>int msgget(key_t key, int flag); </p>

<p>返回：若成功为消息队列ID，出错为-1 </p>

<p>在14.6节中，我们说明了将key变换成一个标识符的规则，并且讨论是否创建一个 
</p>

<p>新队列或访一个现存队列。当创建一个新队列时，初始化msqid-ds结构的下列成员 
</p>

<p>: </p>

<p>&middot;ipc-perm结构按14.6.2节中所述进行初始化。该结构中mode按flag；中的相 
</p>

<p>应许可权位设置。这些许可权用图14.14中的常数指定 </p>

<p>&middot; msg_qnum,msg_lspid、msg_lrpid、msg_stime和msg_rtime都设置为0。 </p>

<p>&middot; msg_ctime设置为当前时间。 </p>

<p>&middot; msg_gbytes设置为系统限制值。 </p>

<p>若执行成功，则返回非负队列ID。此后，此值就可被用于其它三个消息队列函数。 
</p>

<p>msgctl函数对队列执行多种操作。它以及另外两个与信号量和共享存储有关的函数 
</p>

<p>(semctl和shmctl)是系统V IPC的类似于ioctl的函数（亦即垃圾桶函数）。 
</p>

<p>#include &lt;sys/types.h&gt; </p>

<p>#include &lt;sys/ipc.h&gt; </p>

<p>#include &lt;sys/msg.h&gt; </p>

<p>int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf); </p>

<p>返回：若成功为0，出错为-1 </p>

<p>cmd参数指定对于由msqid规定的队列要执行的命令： </p>

<p>IPC_STAT 取此队列的msqid_ds结构，并将其存放在buf指向的结构中。 </p>

<p>IPC_SET 按由buf指向的结构中的值，设置与此队列相关的结构中的下列四 
</p>

<p>个字段msg_perm.uid、msg_perm.gid、msg_perm;mode和msg_qbytes。此命令只能 </p>

<p>由下列两种进程执行：一种进程是其有效用户ID等于msg_perm. cuid或msg_per 
</p>

<p>m.uid;另一种进程是具有超级用户特权的进程。只有超级用户才能增加msg_qbyte 
</p>

<p>s的值 </p>

<p>IPC-RMID 
从系统中删除该消息队列以及仍在该队列上的所有数据。这种删除 </p>

<p>是立即生效的。仍在使用这一消息队列的其它进程在它们下一次试图对此队列进行 
</p>

<p>操作时，将出错返回，错误号为EIDRM。此命令只能由下列两种进程执行：一种进 
</p>

<p>程是其有效用户ID等于msg_perm.cuid或msg_perm.uid;另一种进程是具有超级用户 
</p>

<p>特权的进程。 </p>

<p>我们将会看到这三条命令（IPC_STAT、IPC_SET和IPC_RMID）也用于信号量和共享 
</p>

<p>存储。 </p>

<p>调用msgsnd将数据放到消息队列上。 </p>

<p>#include &lt;sys/types.h&gt; </p>

<p>#include &lt;sys/ipc.h&gt; </p>

<p>#include &lt;sys/msg.h&gt; </p>

<p>int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t nbytes, int flag); </p>

<p>返回：若成功为0，出错为-1 </p>

<p>正如我们在前面提及的，每个消息都由三部分组成，它们是：正长整型类型字段、 
</p>

<p>非负长度（nbytes）以及实际数据字节（对应于长度）。消息总是放在队列尾端。 
</p>

<p>Ptr指向一个长整型数，它包含了正整型消息类型，在其后立即跟随了消息数据。 
</p>

<p>（若nbytes是0，则无消息数据。）若我们发送的最长消息是512字节，则可定义下 
</p>

<p>列结构： </p>

<p>struct mymesg { </p>

<p>long mtypes; 正的消息类型 </p>

<p>char mtext[512]; 消息数据，长度为nbytes </p>

<p>}; </p>

<p>于是，ptr就是一个指向mymesg结构的指针。接收者可以使用消息类型以非先进先 
</p>

<p>出的次序取消息。 </p>

<p>flag的值可以指定为IPC_NOWAIT。这类似于文件I/O的非阻塞I/O标志（见12. 
</p>

<p>2）。若消息队列已满（或者是队列中的消息总数等于系统限制值，或队列中的字 
</p>

<p>节总数等于系统限制值），则指定IPC_NOWAIT </p>

<p>使得msgsnd立即出错返回，出错号是EAGAIN。如若没有指定IPC_NOWAIT，则进程阻 
</p>

<p>塞直到（a）有空间可以容纳要发送的消息，（b）从系统中删除了此队列，或（c 
</p>

<p>）捕捉到一个信号，并从信号处理程序返回。在第二种情况，返回出错号EIDRM（ 
</p>

<p>&quot;标志符被删除&quot;），最后一种情况则返回出错号EINTR。 </p>

<p>注意，对消息队列删除的处理是不很得体的。因为对每个消息队列并没有设置一个 
</p>

<p>引用计数器（对打开文件则有这种计数器），所以删除一个队列使得仍在使用这一 
</p>

<p>队列的进程在下次对队列进行操作时产生出错返回。信号量机构也以同样方式处理 
</p>

<p>其删除。删除一个文件则要等到使用该文件的最后一个进程关闭了它，才删除文件 
</p>

<p>的内容。 </p>

<p>Msgrcv从队列中取用消息 </p>

<p>#include &lt;sys/types.h&gt; </p>

<p>#include &lt;sys/ipc.h&gt; </p>

<p>#include &lt;sys/msg.h&gt; </p>

<p>int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t nbytes, long type, int flag); </p>

<p>返回：若成功为消息数据部分的长度，出错为-1 </p>

<p>如同msgsnd中一样，ptr参数指向一个长整型数（返回的消息类型存放在其中 
</p>

<p>），跟随其后的是存放实际消息数据的缓存。nbytes说明数据缓存的长度。若返回 
</p>

<p>的消息大于nbytes，而且在flag中设置MSG_ </p>

<p>NOERROR，则该消息就被截短。（在这种情况下，不通知我们消息截短了。）如果 
</p>

<p>没有设置这一标志，而消息又太长，则出错返回，出错号是EIBIG（消息仍留在队 
</p>

<p>列中）。 </p>

<p>参数type使我们可以指定想要哪一种消息: </p>

<p>type== 返回队列中的第一个消息。 </p>

<p>type&gt;0 返回队列中消息类型为type的第一个消息。 </p>

<p>type&lt;0 返回队列中消息类型值小于或等于type绝对值，而且在这种消息中，其 
</p>

<p>类型值又最小的消息。 </p>

<p>非0type用于以非先进先出次序读消息。例如，若应用程序对消息赋优先权，那么 
</p>

<p>type就可以是优先权值。如果一个消息队列由多个客户和一个服务者使用，那么t 
</p>

<p>ype字段可以用来包含客户进程ID。 </p>

<p>我们可以指定flag值为IPC_NOWAIT，使操作不阻塞。这造成如果没有所指定类 
</p>

<p>型的消息，则ms </p>

<p>-grcv出错返回，出错号为ENOMSG。如果没有指定IPC_NOWAIT，则进程阻塞直至（ 
</p>

<p>a）有了指定类型的消息，（b）从系统中删除了此队列（返回出错号EIDRM），或 
</p>

<p>（c）捕捉到一个信号并从信号处理程序返回（返回出错号EINTR）。 
</p>

<p>实例一消息队列对流管道的时间比较 </p>

<p>如若需要在客户和服务者之间的双向数据流，我们可以使用消息队列或流管道 
</p>

<p>。（我们在15.2介绍流管道，它与管道类似，但是是全双工的。） </p>

<p>图14.17显示了在两个不同系统上这两种技术在时间方面的比较。测试程序先 
</p>

<p>创建IPC通道，调用fork，然后从父进程向子进程发送20mbytes数据。数据发送的 
</p>

<p>方式是：对于消息队列，调用10，000次msgsnd，每个消息长度为20，000bytes； 
</p>

<p>对于流管道，调用10，000次write,每次写20，000bytes。时间都以秒为单位。 
</p>

<p>图14.17 消息队列和流管道的时间比较 </p>

<p>在SPARC上，流管道是用Unix域套接口实现的。在SVR4之下，pipe函数提供流管道 
</p>

<p>（使用我们在12.4中所述的流机制）。 </p>

<p>从这些数字中可见，消息队列原来的实施目的是提供比一般IPC更高速度的进 
</p>

<p>程通信方法，但现在与其它形式的IPC相比，在速度方面已经没有什么差别了。（ 
</p>

<p>在原来实施消息队列时，唯一的其它形式的IPC是半双工管道。）当我们考虑到使 
</p>

<p>用消息队列具有的问题时（14.6.4），我们得出的结论是，在新的应用程序中不应 
</p>

<p>当再使用它们。 </p>

<p>14.8 信号量（Semaphores） </p>

<p>信号量与我们已经介绍过的IPC机构（管道、FIFO以及消息列队）不同。它是 
</p>

<p>一个计数器，用于多进程对共享数据对象的存取。为了获得共享资源，进程需要执 
</p>

<p>行下列操作： </p>

<p>1. 测试控制该资源的信号量。 </p>

<p>2. 
若此信号量的值为正，则进程可以使用该资源。进程将信号量值减1，表示它使 
</p>

<p>用了一个资源单位。 </p>

<p>3. 若此信号量的值为0，则进程进入睡眠状态，直至信号量值大于0。若进程被唤 
</p>

<p>醒后，它返回至步骤1。 </p>

<p>当进程不再使用由一个信息量控制的共享资源时，该信号量值增1。如果有进程正 
</p>

<p>在睡眠等待此信号量，则唤醒它们。 </p>

<p>　　为了正确地实现信息量，信号量值的测试及减1操作应当是原子操作。为此， 
</p>

<p>信号量通常是在核内实现的。 </p>

<p>常用的信号量形式被称之为双态信号量。它控制单个资源，其初试值为1。但 
</p>

<p>是，一般而言，信号量的初值可以是任一正值，该值说明有多少个共享资源单位可 
</p>

<p>供共享应用。 </p>

<p>不幸的是，系统V的信号量与此相比要复杂得多。三种特性造成了这种并非必要的 
</p>

<p>复杂性。 </p>

<p>1. 
一个信号量并非是一个非负值。代之以我们必需将一个信号量定义为含有一个 
</p>

<p>或多个信号量值的集合。当创建一个信号量时，我们要指定该集合中的各个值 
</p>

<p>2. 创建信息量（semget）与对其赋初值（semctl）分开。这是一个致命的弱点， 
</p>

<p>因为我们不能原子地创建一个信号量集合，并且对该集合中的所有值赋初值。 
</p>

<p>3. 即使没有进程正在使用各种形式的系统V IPC它们仍然是存在的，所以不得不为 
</p>

<p>这种程序担心，它在终止时并没有释放已经分配给它的信号量。将在下面说明的&quot; 
</p>

<p>undo&quot;功能就是假定要处理这种情况的。 </p>

<p>核为每个信号量设置了一个semid_ds结构。 </p>

<p>struct semid_ds { </p>

<p>struct ipc_perm sem_perm; 见14.6.2节 </p>

<p>struct sem *sem_base; 指向集中的第一个信号量 </p>

<p>ushort sem_nsems; 集中的信号量数 </p>

<p>time_t sem_otime; 最后semop()时间 </p>

<p>time_t sem_ctime; 最后更改时间 </p>

<p>}； </p>

<p>　　对用户而言，sem_base指针是没有价值的，它指向核内的sem结构数组，该数 
</p>

<p>组中包含了sem_nsems个元素每个元素，各对应于集合中的一