linux高级IPC

厦 门 大 学 软 件 学 院
Linux内核与编程
返回
semctl(2)——union semun
• union semun的定义为： union semun{ int val; //仅用于SETVAL命令 struct semid_ds * buf; //用于IPC_SET等命令 ushort * array; //用于SETALL等命令 } • 注意，本联合未在出现在任何系统头文件中，因此必须由 应用程序声明。
void test(i) { if(state[i]==HUNGRY &&state[LEFT]!=EATING&&state[RIGHT]!=EATING){ state[i]=EATING;up(&s[i]); } }
厦 门 大 学 软 件 学 院
Linux内核与编程
返回
概述
• System V IPC包含了三种机制，在实现“哲学家进餐问 题”时，我们只使用信号灯机制和共享存储区机制。主要 的函数如下： 信号灯 共享内存区 头文件 <sys/sem.h> <sys/shm.h> 创建或打开IPC semget shmget 控制IPC操作 semctl shmctl IPC操作函数 semop shmat, shmdt • System V IPC对象以key_t类型的值作为其名字。 • System V IPC对象以一定的存取权限来控制其访问。
厦 门 大 学 软 件 学 院
Linux内核与编程
semctl(1)——函数说明
• 原型：#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/sem.h> int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg); • 功能：对semid标识的信号灯集合进行控制。 • 返回值：成功返回非负值，出错返回-1。 • 说明：1、cmd是对信号灯集的控制命令，有GETVAL， SETVAL，GETALL，SETALL，IPC_RMID 等，我们只用最后的两个。 2、semnum标识该信号灯集中某成员（以0为第 一个），仅用于GETVAL，SETVAL等命令。 3、arg是可选的，取决于参数cmd，GETALL或 SETALL等命令就要用到参数arg。
件 学 院
Linux内核与编程
进程间通信概述（3）
• 对于UNIX的发展，贝尔实验室和BSD在进 程间通信方面的侧重点有所不同：
– 贝尔实验室对Unix早期的进程间通信手段进行 了系统的改进和扩充，形成了“System V IPC”，通信进程局限在单个计算机内； – BSD则主要考虑跨计算机的进程间通信，形成 了基于套接口（socket）的进程间通信机制。
厦 门 大 学 软 件 学 院
Linux内核与编程
返回
System V IPC的名字
• System V IPC是有名的，这样可以支持无亲缘关系的进 程访问同一的IPC对象。其名字的类型为key_t，可以由 ftok函数赋予或直接取值IPC_PRIVATE。 • ftok函数 – 原型：#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> key_t ftok(const char * pathname, int id); – 功能：把已存在的路径名和一整数标识符转换成一个 key_t值，称为IPC键。 – 返回值：成功时返回IPC键，出错返回-1。 – 说明：1、ftok产生的键值不会是IPC_PRIVATE； 2、不能保证ftok生成的键值唯一； 3、用于产生键的文件不能在该IPC对象存活其 内删除。
厦 门 大 学 软 件 学 院
Linux内核与编程
返回
进程间通信概述（4）
System V IPC 最初的 UNIX IPC 基于Socket的IPC Linux IPC
POSIX IPC
厦 门 大 学 软 件 学 院
• 最初的Unix IPC：信号、管道、FIFO； • System V IPC：消息队列、信号量、共享内存区； • POSIX IPC：消息队列、信号量、共享内存区。
若每个哲学家进程 都运行到此句后发 生进程切换，则进 入死锁。
厦 门 大 学 软 件 学 院
Linux内核与编程
错误与不好的解法（2）
• 解法二：可能进入“饥饿”状态 这种解法可能会造成下面 情况：哲学家们不断地重复 #define N 5 void philosopher(int i) “拿起各自左边的筷子又放下” { 的动作，谁也不能进餐。注意： while(TRUE){ 这时和解法一的状态不同，这 think(); 时进程都没有阻塞。
厦 门 大 学 软 件 学 院
Linux内核与编程
并行度较高的解法（1）
#define N 5 #define LEFT (i+N-1)%N #define RIGHT (i+1)%N #define THINKING 0 #define HUNGRY 1 #define EATING 2 typedef int semaphore; int state[N]; semaphore mutex=1; semaphore s[N];
void philosopher(int i) { while(TRUE){ think(); take-chopsticks(i); eat(); put-chopsticks(i); } }
厦 门 大 学 软 件 学 院
Linux内核与编程
返回
并行度较高的解法（2）
void take-chopsticks(int i) { down(&mutex); state[i]=HUNGRY; test(i); up(&mutex); down(&s[i]); } void put-chopsticks(int i) { down(&mutex); state[i]=THINKING; test(LEFT); test(RIGHT); up(&mutex); }
厦 门 大 学 软 件 学Байду номын сангаас院
• 实现的其他问题 • 实习题
Linux内核与编程
进程间通信概述（1）：引子
#include <unistd.h> #include <sys/types.h> int result; main() { pid_t pid; result=0; pid=fork(); if(pid<0) exit(-1); if(pid){ pid=fork(); if(pid<0) exit(-1); if(pid==0){ sleep(3); result=result+20; exit(0); } } else{ sleep(3); result=result+10; exit(0); } while(wait((int*)0)!=-1); printf("%d\n", result); exit(0); }
厦 门 大 学 软 件 学 院
Linux内核与编程
返回
semget(2)——工作流程
if (key==IPC_PRIVATE) 创建新信号灯集并返回其id; else if (与key相关的信号灯集合存在) if ((oflag&IPC_CREAT)&&(oflag&IPC_EXCL)) 返回-1; else if (访问权限允许) 返回与key相关的信号灯集id; else 返回-1; else if (oflag&IPC_CREAT) 创建新信号灯集并返回其id; else 返回-1;
do{ take-chopstick(i); if(can-take-chopstick((i+1)%N)) break; else put-chopstick(i); 不妨假设此函数能做 }while(TRUE); 到“测试且设置”。 eat(); put-chopstick(i);put-chopstick((i+1)%N);
输出结果是什么？
厦 门 大 学 软 件 学 院
Linux内核与编程
进程间通信概述（2）
• 进程是相互独立的，进程间的通信需要专 门的机制。 • 进程之间的通信可以经由文件系统，但实 际使用较为复杂（例如，需要锁机制）。 • UNIX IPC (InterProcess Communication) 机制是各种进程通信方式的统称。 厦 • Linux下的进程通信手段基本上是从Unix平 门 大 学 台上的进程通信手段继承而来的。 软
厦 门 大 学 软 件 学 院
Linux内核与编程
错误与不好的解法（1）
• 解法一：可能进入“死锁”状态
#define N 5 void philosopher(int i) { while(TRUE){ think(); take-chopstick(i); take-chopstick((i+1)%N); eat(); put-chopstick(i); put-chopstick((i+1)%N); } }
}
}
厦 门 大 学 软 件 学 院
Linux内核与编程
返回
错误与不好的解法（3）
• 解法三：可行但效率低下
本解法从理论上可行， #define N 5 typedef int semaphore; 但从实际角来看，有一局限 semaphore mutex=1; 性：同一时刻只能有一位哲 void philosopher(int i) 学家进餐。而这里有五支筷 { 子，实际上应能允许两位哲 while(TRUE){ 学家同时进餐。 think(); down(mutex); take-chopstick(i); take-chopstick((i+1)%N); eat(); put-chopstick(i); put-chopstick((i+1)%N); up(mutex); } }