【Linux：文件 + 进程】进程间通信进阶（2）
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7 ~> 消息队列
7.1 消息队列的概念
这个消息队列是系统层面的概念，不是组件级别的，和未来组件里的消息队列不是一个东西。
所谓的消息队列，就是在操作系统里面维护一个队列结构。
7.2 消息队列的原理
- 消息队列——操作系统提供的IPC结构。
也会存在一个由用户设置的key值（A、B进程都能够看到），约定好的。
双方通过往消息队列里面插入节点来进行通信。
消息队列在内核中也要存在一个描述结构体。
消息队列也有自己的结构体，看到自己的键值。
消息队列和共享内存都是系统级的IPC。
如果这个数据节点只有数据，操作系统怎么区分这是A的还是B的？
必须保证这种数据块是有类型的数据块！
- 消息队列是一种一个进程给另一个进程发送有类型数据块的方式！
我们需要的系统调用：
7.3 消息队列的接口
7.4 消息队列的一些命令
- 查看消息队列
- 删除消息队列
8 ~> 信号量
在共享内存那里我们知道，使用共享内存的时候，共享内存没有保护机制，信号量可以保护共享内存。
- 在共享内存这里先谈理论部分，在线程那里再谈别的。
- 这里我们重点理解信号量是什么的问题！
8.1 概念补充
当你学了管道，可能对“看到同一份资源”没有强烈的感觉；但是学了信号量就可以了——
- 多进程通信，最重要的是让不同的进程看到同一份资源
解决方案：不同的进程看到同一份资源 -> 新的问题也就从这里展开了！
新的解决方案引入新的问题（硬币也有正反、有钱了解决了现在的问题但是又有一大批人来借钱了、……）。
- 问题：对同一个进程进行访问的时候会出现并发访问出现错误的问题！
比如刚才的两个写端的互相清空覆盖的现象（同时打开两个写端）——互相干扰。
8.1.1 共享资源和临界资源
我们现阶段是处在“并发访问出现错误”的阶段。
- 我们把多个执行流（进程）能够看到的公共资源叫做共享资源
- 把被保护起来的资源叫做临界资源。
8.1.2 互斥和同步
- 任何时刻只允许一个执行流访问资源，就叫做互斥
只允许我一个人访问，比如ATM机器取钱、上厕所关门等等——不想被别人打扰，就是互斥访问——
ATM机就是这个临界资源，有了顺序性，就是同步。
让多个进程执行的时候一定要有顺序，按顺序执行——同步。
一个进程在等另一个进程。
- 互斥与同步 + 共享资源 = 临界资源（被保护的共享资源）
8.1.3 和程序员有什么关系？
不管是同步、互斥，共享资源、临界资源，上面这些工作具体和程序员有什么关系？我程序员就是个写代码的啊！
- 为了更好地理解，再举一个例子
- 父子进程打印内容错乱、没有规律，一会儿打父进程的、一会儿打子进程的。
大家有没有遇到过父子进程都往同一个显示器上面打印消息的时候，发生错乱的这种情况？
这是因为Linux下一切皆文件，stdout其实是一个共享资源，我们父子进程向它打印的时候，这个共享资源是没有被保护起来，所以会出现这种现象，我们要保护的话需要同步与互斥这种机制。所以并发错乱的问题我们早就遇到过了。
- Linux下一切皆文件，显示器也是文件（设备文件），在这里属于共享资源，这里的显示器是没有被保护的（数据不一致，这里先不说），为了防止【错乱】，要通过同步和互斥来保护显示器这个共享资源。
为什么突然说这个？
8.1.4 临界区和
一定要记住，所谓的共享资源，站在程序员的视角，将来程序员也是通过代码访问共享资源的！
未来程序员所写的代码，有的代码是会访问共享资源，同样的，有的代码不会访问共享资源。
- 把访问公共资源的代码叫做【临界区】，把不访问公共资源的代码叫做【非临界区】。
在进入临界区之前，进行加锁；离开时，解锁。
- 通过加锁、解锁——写代码的方式要改，把临界资源保护起来
8.1.5 保护访问公共资源的代码
- 保护访问公共资源的代码
8.1.6 补充概念思维导图
8.2 信号量的三个问题
一看到问题，我们就会想到高中语文学习时候的三个问题：
- 是什么？
- 为什么？
- 怎么办？
我们学习信号量的时候也可以迁移这种发问的思想。
8.2.1 （概念）信号量是什么？
很多教材里面喜欢管信号量叫做“信号灯”——被翻译过来的。
- 信号量：用来实现同步和互斥的一种技术。
- 场景：公共资源 -> 把公共资源当做整体访问（ATM机器），也有局部使用（电影院看电影，一个座位）。
8.2.2 信号量的本质
- 信号量本质：是一个计数器，用来衡量临界资源中，资源数量的计数器，可以想象成一个int count——计数器就是信号量的本质。
8.2.3 理解
我们基本上没见过电影院放印厅因为座位发生争执的，因为电影院就那么多座位也只会放最多这么多人进来。
座位真正属于你的时候，是什么时候？——买票的时候
只要买到了票，必然有座位。
票卖完了也很正常，说明总票数是一个计数器，本身是有上限的，我们可以通过买票的操作对这个计数器进行减减（--）。
- 1、买票
- 2、坐在你的座位上-本质上就是你已经开始访问这个资源了
我只要把票买了，这个座位就是属于我了。相当于我提前预定了，其他人不能占我的位置。换言之我只要买了票，就一定会有一个资源属于我。
所以，买票的本质：对共享资源的一种预定机制！
在我们今天来看我们可以把这个放映厅想成内存块。一个个人就是一个个进程。就像我人要买票，每一个进程也需要对应的操作才能访问，也就是先申请信号量，所以我们进入临界区对这个计数器------>P()，走了++，V()。
申请信号量这个操作的本质就是对临界区资源进行预定。
我们来写一个不太严谨的伪代码来帮助理解一下：
8.2.4 补充故事：如果今天电影院的放映厅里面只有一个座位呢
8.2.5 信号是什么的思维导图
8.2.6 为什么要有信号量？
- 因为有问题：并发访问 ~> 信号量 ~> 为了解决多进程访问共享资源产生的并发读写问题。
8.2.7 怎么办？
- 怎么办：我们就来了解一下信号量的一些接口！
- 怎么设计信号量？
- 怎么创建信号量？
我们先来看一下信号量的一些接口——
- 创建信号量：
semget
- 操作系统允许创建信号集
- 信号量集
- 删除信号量的系统调用
- 共享内存信号量在操作系统角度是怎么被“先描述再组织”的？
我们先来看看信号量集——
这个5指的是信号量集里面有五个。
- 信号量本质是个计数器
- 对信号量进行操作的时候用
semctl（不光是删除操作，包括获取、删除、……）
- 系统提供的枚举类型的结构体传进去就可以处理初始值
获取信号量集的信息，信号量集的创建时间什么的——
这个结构体 struct semid_ds 用于描述 System V 信号量集的关联信息。通过它，你可以获得信号量集的创建时间（sem_ctime），同时还能获取以下信息：
- 怎么保证看到的是同一个信号量集？
- 信号量这里的
op和共享内存那里一样，通常是+1或者-1，代表要进行什么操作
sembuf结构体是semop()系统调用用来描述单个信号量操作的核心数据结构。它包含的三个成员sem_num、sem_op和sem_flg分别决定了操作的对象、操作的类型以及行为标志。下面详细解释每个成员的作用。
这个sem_num是什么？
我们来看一段作为示例的代码片段：
#include<sys/sem.h>// 假设已经通过 semget() 获得了一个信号量集的标识符 semidstructsembuf sb;// 对信号量集索引为 0 的信号量执行 P 操作（获取资源） sb.sem_num =0;// 第 1 个信号量 sb.sem_op =-1;// 想要减少 1 sb.sem_flg = SEM_UNDO;// 进程退出时自动还原if(semop(semid,&sb,1)==-1){perror("semop");// 错误处理}else{// 成功获取资源，可以进入临界区}总结一下：sem_num：指定操作哪个信号量（索引）。sem_op：定义增减值或等待条件。sem_flg：控制阻塞行为与自动撤销。
这三个成员共同决定了 semop() 如何修改或等待信号量，是实现进程同步与互斥的基础。
最下面这个回滚就不说啦，很麻烦，上面说的了解一下就行。
- 信号量创建、开辟空间是分开的！
6.2.8 信号量怎么办的思维导图
结尾
uu们，本文的内容到这里就全部结束了，艾莉丝在这里再次感谢您的阅读！
结语：希望对学习Linux相关内容的uu有所帮助，不要忘记给博主“一键四连”哦！
往期回顾：
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