进程与线程（四）

进程与线程（四）

  • 基于System V IPC对象的进程间通信机制
  • SystemV IPC引入
  • 查看Linux系统中IPC工具的方式
    • 查看所有IPC工具
      • 命令：ipcs
    • 查看指定的IPC工具
    • key值获取方法：ftok()函数
  • 消息队列
    • 消息队列的特征：
    • 消息队列的操作
      • 打开或者创建消息队列
      • 添加消息
      • 读取消息
      • 控制消息队列（删除消息队列）
  • 共享内存
    • 共享内存的特征
    • 共享内存的操作
      • 打开或者创建共享内存
      • 映射共享内存到用户的私有空间
      • 取消映射
      • 删除共享内存
  • 信号量
    • 无名信号量
    • 有名信号量 （有名信号量的位置：/dev/shm/）
      • 创建有名信号量
      • 申请资源（p操作）
      • 释放资源（V操作）
      • 关闭有名信号量
      • 删除有名信号量

基于System V IPC对象的进程间通信机制

IPC对象和文件一样,必须先创建,每个IPC对象都有特定Key值,ID值,拥有者,权限和使用大小等，但其读写操作不能使用普通文件的read/write方式。

SystemV IPC引入

1、在传统的UNIX通信机制上进行了优化，形成一种更新的进程间通信机制
2、基于System V IPC相关的通信方式，全部使用ID来访问内存空间（数据存储的空
间）
2-1：ID的来源：创建或者打开内存空间时，内核给用户返回的
思考：毫无关系的两个进程如何得知同一片内存空间的ID？
—》空间谁创建的？
用户进程自己！（哪个用户来创建不限制）
办法：
创建者按照key值来创建并打开内核中的内存空间，最后拿到ID
使用者也按照同一个key值来打开内存空间，最后也能拿到同样的ID
2-2：Key值的来源：
key的来源1：key值是被创建出来的，通信双方只要使用同样的方式，即可获取到同一个Key
key的来源2：直接传入IPC_PRIVATE(死值)–》适合具有亲缘关系的进程间通信

查看Linux系统中IPC工具的方式

查看所有IPC工具

命令：ipcs

在这里插入图片描述

查看指定的IPC工具

查看消息队列：
ipcs -q
删除消息队列：
ipcrm -q msgid(ID值)
查看共享内存：
ipcs -m
删除共享内存：
ipcrm -m shmid
查看信号灯集：
ipcs -s
删除信号灯集：
ipcrm -s semid

在这里插入图片描述

key值获取方法：ftok()函数

在这里插入图片描述

消息队列

消息队列的特征：

1、消息队列是IPC对象的一种，实现两个进程间少量的收据传输,使用率最高
2、消息队列由消息队列ID来唯一标识
3、消息队列就是一个消息的列表（特殊的链式队列）。用户可以在消息队列中添加消息、读取消息等。
4、消息队列可以按照类型来发送/接收消息，先入先出(同一类型),不同类型的消息可以随机存取。
5、数据存放在内核当中

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

消息队列的操作

打开或者创建消息队列

在这里插入图片描述

添加消息

在这里插入图片描述

读取消息

在这里插入图片描述

控制消息队列（删除消息队列）

在这里插入图片描述
案例：创建消息队列收发消息
消息队列添加消息代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#define N 100
//消息结构
typedef struct msgbuf
{long mtype; //消息类型char mtext[N]; //消息正文
}MSG;
int main(int argc, const char *argv[])
{//1，获取key值key_t key = ftok("./", 88);if(key < 0){perror("ftok error");return -1;}printf("ftok ok! key = %d\n",key);//2，打开或者创建消息队列，获得ID值int msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0664);if(msgid < 0){perror("msgget error");return -1;}printf("msgget ok! msgid = %d\n",msgid);//3，发送消息//构造消息//给消息类型赋值MSG m1;bzero(&m1, sizeof(m1));m1.mtype = 100;printf("请输入发送的第1个消息:\n");fgets(m1.mtext, sizeof(m1.mtext), stdin);MSG m2;bzero(&m2, sizeof(m2));//给消息类型赋值m2.mtype = 100;printf("请输入发送的第2个消息:\n");fgets(m2.mtext, sizeof(m2.mtext), stdin);MSG m3;bzero(&m3, sizeof(m3));//给消息类型赋值m3.mtype = 300;printf("请输入发送的第3个消息:\n");fgets(m3.mtext, sizeof(m3.mtext), stdin);//发送消息msgsnd(msgid, &m2, strlen(m2.mtext), 0);msgsnd(msgid, &m1, strlen(m1.mtext), 0);msgsnd(msgid, &m3, strlen(m3.mtext), 0);//删除消息队列//msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);return 0;
}

消息队列读取消息代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <strings.h>
#include <errno.h>
#define N 100
//消息结构
typedef struct msgbuf
{long mtype; //消息类型char mtext[N]; //消息正文
}MSG;
int main(int argc, const char *argv[])
{//1，获取key值key_t key = ftok("./", 88);if(key < 0){perror("ftok error");return -1;}printf("ftok ok! key = %d\n", key);//2，打开或者创建消息队列，获得ID值int msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0664);if(msgid < 0){perror("msgget error");return -1;}printf("msgget ok! msgid = %d\n", msgid);//3，读取消息MSG readMsg;bzero(&readMsg, sizeof(readMsg));msgrcv(msgid, &readMsg, sizeof(readMsg.mtext), 0, 0);//参数3为0 默认读取第一条消息//打印读取的消息printf("读取的队列中第一条消息为:%s\n", readMsg.mtext);//删除消息队列//msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);return 0;
}

在这里插入图片描述
注意：消息队列中的消息是读取一条则少一条，添加一条则多一条！

共享内存

共享内存的特征

1、共享内存是一种最为高效的进程间通信方式，进程可以直接读写内存（映射之后的内存空间），而不需要任何数据的拷贝
2、为了在多个进程间交换信息，内核专门留出了一块内存区，可以由需要访问的进程将其映射到自己的私有地址空间
3、进程就可以直接读写这一内存区而不需要进行数据的拷贝，从而大大提高的效率。
4、由于多个进程共享一段内存，因此也需要依靠某种同步机制，如互斥锁和信号量等

命令管道和消息队列就存在数据拷贝的过程：如下图
在这里插入图片描述

而共享内存之所以高效的图解：如下：
在这里插入图片描述
注意：内核空间只有一份，所有进程的内核空间都是共享的。

共享内存的操作

打开或者创建共享内存

在这里插入图片描述

映射共享内存到用户的私有空间

在这里插入图片描述

取消映射

在这里插入图片描述

删除共享内存

在这里插入图片描述
案例：共享内存实现数据的交互
共享内存写端代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{//完成key值的获取key_t key = ftok("./", 22);if(key < 0)return -1;printf("ftok ok!\n");//共享内存区域申请int shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0664);if(shmid < 0)return -1;printf("shmget ok!\n");//映射共享内存到用户私有空间char *p = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);//0代表共享内存此时可读可写if(p == (char *)-1)return -1;printf("shmat ok!\n");//操作printf("请输入写入到共享内存的信息:\n");fgets(p, 1024, stdin);//取消映射if(shmdt(p) < 0){perror("shmdt error");return -1;}printf("shmdt ok!\n");//删除共享内存/*if(shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) < 0)return -1;printf("shmctl ok!\n");*/return 0;
}

共享内存读端代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{//完成key值的获取key_t key = ftok("./", 22);if(key < 0)return -1;printf("ftok ok!\n");//共享内存区域申请int shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0664);if(shmid < 0)return -1;printf("shmget ok!\n");//映射共享内存到用户私有空间char *p = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);//0代表共享内存此时可读可写if(p == (char *)-1)return -1;printf("shmat ok!\n");//操作//读取共享内存中的消息printf("读取的结果为:");fputs(p, stdout);//取消映射if(shmdt(p) < 0)return -1;printf("shmdt ok!\n");//删除共享内存/*if(shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) < 0)return -1;printf("shmctl ok!\n");*/return 0;
}

在这里插入图片描述
思考：要是./r此时先运行，则会出现什么情况？
在这里插入图片描述
注意：要是想要让该两个进程之间形成一种同步关系，比如：先输入，再输出！如何实现？？？
—》进程间通信时，要同步可以使用有名信号量！！！
优化：使用有名信号量将上述共享内存的代码优化为同步（先输入， 再输出）
共享内存的写端代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h> /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h> /* For mode constants */
#include <semaphore.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
sem_t *pFgets,*pFputs;
//信号处理函数
void func(int sig)
{//关闭有名信号量sem_close(pFgets);sem_close(pFputs);//删除有名信号量sem_unlink("SEM_FEGTS");sem_unlink("SEM_FPUTS");exit(0);
}
int main(int argc, const char *argv[])
{//注册一个信号和处理函数signal(SIGINT, func);//创建2个有名信号量pFgets = sem_open("SEM_FEGTS", O_RDWR | O_CREAT, 0664, 1);if(pFgets == SEM_FAILED){printf("sem_open error");return -1;}printf("sem_open_fgets ok!");pFputs = sem_open("SEM_FPUTS", O_RDWR | O_CREAT, 0664, 0);if(pFputs == SEM_FAILED){printf("sem_open error");return -1;}printf("sem_open_fputs ok!");//完成key值的获取key_t key = ftok("./", 22);if(key < 0)return -1;printf("ftok ok!\n");//共享内存区域申请int shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0664);if(shmid < 0)return -1;printf("shmget ok!\n");//映射共享内存到用户私有空间char *p = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);//0代表共享内存此时可读可写if(p == (char *)-1)return -1;printf("shmat ok!\n");//操作while(1){//申请资源（P操作）sem_wait(pFgets);printf("请输入写入到共享内存的信息:\n");fgets(p, 1024, stdin);//释放资源（V操作）sem_post(pFputs);}//取消映射if(shmdt(p) < 0){perror("shmdt error");return -1;}printf("shmdt ok!\n");//删除共享内存/*if(shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) < 0)return -1;printf("shmctl ok!\n");*/return 0;
}

共享内存的读端代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h> /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h> /* For mode constants */
#include <semaphore.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
sem_t *pFgets,*pFputs;
void func(int sig)
{//关闭有名信号量sem_close(pFgets);sem_close(pFputs);//删除有名信号量sem_unlink("SEM_FEGTS");sem_unlink("SEM_FPUTS");exit(0);
}
int main(int argc, const char *argv[])
{//安装信号和处理函数signal(SIGINT, func);pFgets = sem_open("SEM_FEGTS", O_RDWR | O_CREAT, 0664, 1);if(pFgets == SEM_FAILED){printf("sem_open error");return -1;}printf("sem_open_fgets ok!");pFputs = sem_open("SEM_FPUTS", O_RDWR | O_CREAT, 0664, 0);if(pFputs == SEM_FAILED){printf("sem_open error");return -1;}printf("sem_open_fputs ok!");//完成key值的获取key_t key = ftok("./", 22);if(key < 0)return -1;printf("ftok ok!\n");//共享内存区域申请int shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0664);if(shmid < 0)return -1;printf("shmget ok!\n");//映射共享内存到用户私有空间char *p = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);//0代表共享内存此时可读可写if(p == (char *)-1)return -1;printf("shmat ok!\n");//操作while(1){//申请资源（P操作）sem_wait(pFputs);//读取共享内存中的消息printf("读取的结果为:");fputs(p, stdout);//释放资源（V操作）sem_post(pFgets);}//取消映射if(shmdt(p) < 0)return -1;printf("shmdt ok!\n");//删除共享内存/*if(shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) < 0)return -1;printf("shmctl ok!\n");*/return 0;
}

在这里插入图片描述
当用户在键入输入ctrl c 之后，因为安装了信号处理函数，因此将有名信号量进行了删除，演示如下：
在这里插入图片描述

信号量

无名信号量

线程之间需要同步！

有名信号量 （有名信号量的位置：/dev/shm/）

进程之间需要同步！

创建有名信号量

#include <fcntl.h> /* For O_* constants /
#include <sys/stat.h> / For mode constants */
#include <semaphore.h>
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag,
mode_t mode, unsigned int value);
参数1：有名信号量的名字（自己起）
参数2：打开方式：O_RDWR O_RDONLY O_WRONLY O_CREAT
参数3：有名信号量的权限：0664
参数4：给有名信号量的初始值（功能类似于无名信号量的初始化数值的函数sem_init（））
Link with -pthread. //编译要连接pthread库！！！
返回值：成功返回指向有名信号量的指针 失败返回SEM_FAILED

申请资源（p操作）

#include <semaphore.h>
int sem_wait(sem_t *sem);

释放资源（V操作）

#include <semaphore.h>
int sem_post(sem_t *sem);

关闭有名信号量

#include <semaphore.h>
int sem_close(sem_t *sem);

删除有名信号量

#include <semaphore.h>
int sem_unlink(const char *name);
参数：有名信号量的名字

案例：使用有名信号量实现进程1先打印hello 进程2再打印world
进程1代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h> /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h> /* For mode constants */
#include <semaphore.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{//创建2个有名信号量sem_t *pSem1 = sem_open("SEM_1", O_RDWR | O_CREAT, 0664, 1);if(SEM_FAILED == pSem1){perror("sem_open error");return -1;}printf("sem_open SEM_1 ok!\n");sem_t *pSem2 = sem_open("SEM_2", O_RDWR | O_CREAT, 0664, 0);if(SEM_FAILED == pSem2){perror("sem_open error");return -1;}printf("sem_open SEM_2 ok!\n");while(1){//申请资源sem_wait(pSem1);printf("hello\n");sleep(1);//释放资源sem_post(pSem2);}//关闭有名信号量sem_close(pSem1);sem_close(pSem2);//删除有名信号量sem_unlink("SEM_1");sem_unlink("SEM_2");return 0;
}

进程2代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h> /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h> /* For mode constants */
#include <semaphore.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{//创建2个有名信号量sem_t *pSem1 = sem_open("SEM_1", O_RDWR | O_CREAT, 0664, 1);if(SEM_FAILED == pSem1){perror("sem_open error");return -1;}printf("sem_open SEM_1 ok!\n");sem_t *pSem2 = sem_open("SEM_2", O_RDWR | O_CREAT, 0664, 0);if(SEM_FAILED == pSem2){perror("sem_open error");return -1;}printf("sem_open SEM_2 ok!\n");while(1){//申请资源sem_wait(pSem2);printf("world\n");sleep(1);//释放资源sem_post(pSem1);}//关闭有名信号量sem_close(pSem1);sem_close(pSem2);//删除有名信号量sem_unlink("SEM_1");sem_unlink("SEM_2");return 0;
}

在这里插入图片描述
使用有名管道实现循环聊天
思路：
1、创建两个有名管道，搭配两个子线程，双方对于其中某一个进行你发我收，另一个我发你收即可。
2、双方的收发各自使用线程处理函数解决

eg:clien1.c
#include <stdio.h>
//发送消息
void * send_func(void *arg)
{//write :fd, buf, strlen()/sizeof()mkfifo("com1.txt", 0664);int fw = open("com1.txt", O_WRONLY);while(1){write(fw, buf, strlen(buf));}
}
//接收消息
void * recv_func(void *arg)
{mkfifo("com2.txt", 0664);int fr = open("com2.txt", O_RDONLY);while(1){read(fr, buf, sizeof(buf));}
}
int main()
{//创建两个子进程//定义保存线程ID的变量pthread_t sendTHID;//保存发送子线程的ID号pthread_t recvTHID;//保存结束子线程的ID号pthread_create(&sendTHID, NULL, &send_func, NULL);pthread_create(&recvTHID, NULL, &recv_func, NULL);//线程分离 ---》当子线程结束时，自动释放其资源pthread_detach(sendTHID);pthread_detach(recvTHID);return 0;
}

eg:clien2.c
#include <stdio.h>
//发送消息
void * send_func(void *arg)
{//write :fd, buf, strlen()/sizeof()mkfifo("com2.txt", 0664);int fw = open("com2.txt", O_WRONLY);while(1){write(fw, buf, strlen(buf));}
}
//接收消息
void * recv_func(void *arg)
{mkfifo("com1.txt", 0664);int fr = open("com1.txt", O_RDONLY);while(1){read(fr, buf, sizeof(buf));}
}
int main()
{//创建两个子进程//定义保存线程ID的变量pthread_t sendTHID;//保存发送子线程的ID号pthread_t recvTHID;//保存结束子线程的ID号pthread_create(&sendTHID, NULL, &send_func, NULL);pthread_create(&recvTHID, NULL, &recv_func, NULL);//线程分离 ---》当子线程结束时，自动释放其资源pthread_detach(sendTHID);pthread_detach(recvTHID);return 0;
}

安装SIGCHLD信号，回收子进程的退出资源（僵尸进程的资源处理）

#include <stdio.h>
//使用信号处理函数让父进程回收子进程的退出资源
void reclamation_func(int signum)
{//回收资源/*//注意：while()循环只是起到可以进入处理函数内部时，一次性回收好几个子进程的退出资源思考：如果不加while()循环，则好几个子进程的退出资源需要好几次进入处理函数内部去回收while(waitpid(-1, NULL, WNOHANG) < 0){;}*/int ret = waitpid(-1, NULL, WNOHANG);if(ret < 0){perror("waitpid error");}else if(0 == waitpid){printf("还未结束...\n");}else{printf("回收子进程OK 其PID = %d\n",ret);}
}
int main()
{//安装信号：绑定SIGCHLD信号 和一个回收子进程退出资源的信号处理函数signal(SIGCHLD, reclamation_func);pid_t pid = fork();if(pid < 0)exit(-1);else if (0 == pid){//子进程printf("I am child Process!\n");}else{//父进程printf("I am Parent Process!\n");while(1);}
}

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1.注册并且选择一个服务器租用 2.点击jupyter lab进入服务器内部 3.把yolov5-master这个的压缩文件上传到jupyter的文件列表中 4.打开终端 (1)查看目录 ls (2)解压yolov5-master(1) unzip "yolov5-master (1).zip" 可以看到解压成功&#xff01; (3)进入yolov5-m…
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[数据集][目标检测]焊接处缺陷检测数据集VOC+YOLO格式3400张8类别

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数据集格式&#xff1a;Pascal VOC格式YOLO格式(不包含分割路径的txt文件&#xff0c;仅仅包含jpg图片以及对应的VOC格式xml文件和yolo格式txt文件) 图片数量(jpg文件个数)&#xff1a;3400 标注数量(xml文件个数)&#xff1a;3400 标注数量(txt文件个数)&#xff1a;3400 标注…
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基于Chan-Vese算法的图像边缘提取matlab仿真

基于Chan-Vese算法的图像边缘提取matlab仿真

目录 1.算法运行效果图预览 2.算法运行软件版本 3.部分核心程序 4.算法理论概述 5.算法完整程序工程 1.算法运行效果图预览 2.算法运行软件版本 matlab2022a 3.部分核心程序 ............................................................ % 迭代更新水平集函数 err[]…
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亚马逊对IP的要求是什么？

亚马逊对IP的要求是什么？

IP的全称为Internet Protocol&#xff0c;是TCP/IP体系中的网际层协议&#xff0c;IP只为主机提供一种无连接、不可靠的、尽力而为的数据包传输服务。IP规定网络上所有的设备都必须有一个独一无二的IP地址&#xff0c;就好比是邮件上都必须注明收件人地址&#xff0c;邮递员才能…
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