System V IPC

1、概述

　　　System V IPC共有三种类型：System V消息队列、System V 信号量、System V 共享内存区。 System V IPC操作函数如下：

2、key_t键和ftok函数

　　三种类型的IPC使用key_t值作为他们的名字，头文件<sys/types.h>把key_t定义为一个整数，通常是一个至少32位的整数，由ftok函数赋予的。函数ftok把一个已存的路径和一个整数标识符转换成一个key_t值，称为IPC键。函数原型如下：

#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);  //成功返回IPC键，出错返回-1

写个程序看看ftok是如何组合IPC键，程序如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>

typedef unsigned long u_long;

int main(int argc,char *argv[])
{
    struct stat st;
    key_t  key;
    if(argc != 2)
    {
        printf("usage: ftok<pathname>");
        exit(0);
    }
    //获取文件结构信息
    if (stat(argv[1],&st) == -1)
    {
        perror("stat() error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("st_dev : %lx,st_ino: %lx ",(u_long)st.st_dev,(u_long)st.st_ino);
    //产生IPC键
    if((key = ftok(argv[1],0x57)) == -1)
    {
        perror("ftok() error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("key: %x\n",key);
    exit(0);
}

在Ubuntu上程序测试结果如下：

可以看出在Linux上面IPC键使用的是id低8位，st_dev的低8位以及st_ino的低16位构成的。

3、ipc_perm结构

　　内核给每个IPC对象维护一个信息结构，内容跟内核给文件维护的信息类似。Unix下结构信息如下：

struct ipc_perm
{
key_t 　　　　　　key; 　　  /* Key supplied to semget(2) */
uid_t 　　　　 　　uid; 　　  /* Effective UID of owner */
gid_t 　　　　 　　gid; 　　  /* Effective GID of owner */
uid_t 　　　　 　　cuid; 　　 /* Effective UID of creator */
gid_t 　　　　　　 cgid; 　　 /* Effective GID of creator */
unsigned short 　 mode; 　 /* Permissions */
unsigned short     seq; 　　 /* Sequence number */
};

在Linux该结构信息如下：

参考http://linux.die.net/man/5/ipc

4、创建与打开IPC通道

　　对于key值，有两种选择：

（1）调用fotk函数，给它传递pathname和id。

（2）指定key为IPC_PRIVATE，保证会创建一个新的、唯一的IPC对象。

5、IPC权限

For semaphores (from sys/sem.h)
#define SEM_A 0200 /* alter permission */
#define SEM_R 0400 /* read permission */

For message queues (from sys/msg.h)
#define MSG_R 0400 /* read permission */
#define MSG_W 0200 /* write permission */

For shared memory (from sys/shm.h)
#define SHM_R 0400 /* read permission */
#define SHM_W 0200 /* write permission */

6、标识符重用

　　System V IPC 标识符是系统范围的，不是特定于进程的。ipc_perm结构含有一个名为seq的变量，是内核为系统每个潜在的IPC对象维护的计数器，每当删除一个IPC对象时，内核就递增相应的槽位号，若溢出则循环到0。这样避免短时间内重用System V IPC标识符，有助于确保过早终止的服务器重新启动后不会重用标识符。写个程序测试输出有megget返回的前10个标识符值，程序如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

#define MSG_R 0400 /* read permission */
#define MSG_W 0200 /* write permission */

#define SVMSG_MODE (MSG_R | MSG_W | MSG_R >>3 | MSG_R >>6)

int main()
{
    int i,msqid;
    for(i=0;i<10;++i)
    {
        msqid = msgget(IPC_PRIVATE,SVMSG_MODE|IPC_CREAT);
        printf("msqid = %d\n",msqid);
        msgctl(msqid,IPC_RMID,NULL);
    }
    exit(0);
}

在Ubuntu上面测试结果如下： 

7、ipcs和ipcrm程序

　　System V IPC的三种类型不是以文件系统中的路径名标识的，不能使用ls和rm程序查看和删除。而是同ipcs程序输出System V IPC特性的各种信息，ipcrm则删除一个System V 消息队列、信号量或共享内存区。

ipcs - 分析消息队列、共享内存和信号量
ipcs [-mqs] [-abcopt] [-C core] [-N namelist]
-m 输出有关共享内存(shared memory)的信息
-q 输出有关信息队列(message queue)的信息
-s 输出信号量(semaphore)的信息

输出本机所有System V IPC消息如下：

ipcrm - 删除ipc(清除共享内存信息)
ipcrm -m|-q|-s shm_id
-m 输出有关共享内存(shared memory)的信息
-q 输出有关信息队列(message queue)的信息
-s 输出信号量(semaphore)的信息

8、内核限制

　　System V IPC的多数实现在有内在的内核限制，如消息队列的最大数目、每个信号集的最大信号量数等等。