嵌入式学习DAY27 --- System V 共享内存 ，POSIX 信号量 ，POSIX 消息队列
嵌入式入门学习笔记，遇到的问题以及心得体会！
DAY27
概述：
一、System V 共享内存
二、POSIX 信号量
三、POSIX 消息队列
笔记：
注意：
不论是怎样的通信，只要牵扯公共资源
读读不互斥
读写互斥
写写互斥
一、System V 共享内存
1.概念：
可以说，共享内存是一种最为高效的进程间通信方式。因为，进程可以直接读写内存，不需要任何数据的复制。为了在多个进程间交换信息。内核专门流出了一块内存。这段内存可以由需要访问的进程将其映射到自己的私有地址空间。因此，进程就可以直接读写这一内存区而不要进行数据的复制，从而大大提高了效率。当然，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。
2.实现过程：
共享内存的实现分为两个步骤：
(1)创建共享内存，这里用到的函数时shmget()，也就是从内存种获得一段共享内存区域。
(2)映射共享内存，也就是把这段创建的共享内存映射到具体的进程空间中，这里使用的函数时shmat()。到这里就可以使用这段共享内存了，也就是可以使用不带缓冲的I/O读写命令对其进行操作。
(3)撤销映射，使用shmdt()函数。
3.所用函数：
（1）ftok函数：
#include (2)shmget函数：
#include (3)shmat函数：
#include (4)shmdt函数：
#include 4.如何查看共享内存：
ipcs -m
5.如何删除共享内存:
ipcrm -m [shmid]
6.代码演示
1.read_p ---------------------------------------------------------------------------------------如下：
#include 2.write_p ---------------------------------------------------------------------------------------如下：
#include 二、POSIX 信号量
1.需求：
7个进程实现一个餐厅的流水线
买菜—>洗菜—>切菜---->炒菜---->装盘—>吃—>洗盘
7个进程之间有顺序关系
如何保证7个进程对菜操作权限和顺序
2.信号量概述：
（1）在多任务操作系统中，多个进程/线程会同时运行。多个任务可能为了完成同一个事情而相互协作，这样就形成了任务之间的同步关系。同样，不同任务之间为了争夺有限的系统资源(硬件或软件资源)会进入竞争状态，这样就是任务之间的互斥关系。
（2）任务之间的互斥与同步关系存在的根源在于临界资源。临界资源是指在同一个时刻只允许有限个(通常只有一个)任务可以访问(读）或者修改(写)的资源。通常包括硬件资源(处理器、内存、存储器以及其他外围设备等)和软件资源(共享代码段、共享结构体和变量)。访问临界资源的代码称为临界区。
（3）信号量是用来解决进程/线程之间的同步与互斥问题的一种通信机制，包括一个称为信号量的变量和在该信号量下等待资源的进程等待队列，以及对信号量进行的两个原子操作（PV操作）。其中，信号量对应于某一种资源，取一个非负的整数值。信号量值指的是当前可用的该资源的数量，若它等于0则意味着目前没有可用的资源。
3.PV原子操作的具体定义：
(1)P操作：
如果有可用的资源(信号量的值大于0)，则占用一个资源(信号量值减1，进入临界区代码)；如果没 有可用的资源(信号量值等于0)，则被阻塞，直到系统将资源分配给该任务（进入等待队列，一直 等到有资源的时候被唤醒）。
(2)V操作：
如果该信号量的等待队列中有任务在等待资源，则唤醒一个阻塞任务，如果没有任务等待它，则 释放一个资源(信号量值加1)
注意：
最简单的信号量只有0和1两种值，这两种信号量被称为二值信号量。在本节中，主要讨论二值信号量。二值信号量的应用比较容易扩展到使用多值信号量的情况。
4.信号量编程：
步骤：
Linux下，使用有名信号量通常分为以下几个步骤：
(1)创建信号量或获得系统已经存在的有名信号量，此时需要调用sem_open()函数，不同的进程通过使用同一个信号量键值来获得同一个信号量。并初始化信号量的值。
(2)获取信号量的值，此时使用sem_getvalue()。
(3)信号量减一，使用sem_wait()。
(4)信号量加一，使用sem_post()。
(5)关闭信号量，使用sem_close()。
（1）sem_open:
#include （2）sem_getvalue:
#include （3）sem_wait:
#include （4）sem_post:
#include （5）sem_close:
#include 注意：
进程中使用的信号量，称之为有名信号量
编译时链接库 -lpthread
5.代码演示：
代码中以4个进程来代替前面需求中说的7个进程，进行简单的演示：
1.p1.c ---------------------------------------------------------------------------------------如下：
#include 2.p2.c ---------------------------------------------------------------------------------------如下：
#include 3.p3.c ---------------------------------------------------------------------------------------如下：
#include 4.p4.c ---------------------------------------------------------------------------------------如下：
#include 三、System V消息队列：
1.概念：
消息队列：
顾名思义，消息队列就是一些消息的列表。用户可以在消息队列中添加消息和读取消息等。从这个观点上看，消息队列具有一定的FIFO特性，但是它可以实现消息的随机查询，比FIFO具有更大的优势。同时，这些消息又存在于内核中，由“队列ID”来标识。
2.消息队列的实现步骤
消息队列的实现，包括创建或打开消息队列，添加消息，读取消息和控制消息队列这四种操作。
（1）其中创建或打开消息队列使用的函数是msgget()，这里创建的消息队列的数量会受到系统消息队列数量的限制。
（2）添加消息使用的函数是msgsnd()，它把消息添加到已经打开的消息队列的末尾；
（3）读取消息使用的函数是msgrcv()，它把消息从消息队列中取走，与FIFO不同的是，这里可以取走指定的某一条消息
（4）控制消息队列使用的函数时msgctl()，它可以完成更多项功能。
（1）msgget：
需要添加的头文件：
#include （2）msgsnd：
需要添加的头文件：
#include （3）msgrcv：
需要添加的头文件：
#include （4）msgctl：
需要添加的头文件：
#include 3.代码实现
1.read_shm.c ---------------------------------------------------------------------------------------如下：
#include 2.writep.c ---------------------------------------------------------------------------------------如下：
#include 四、进程间通信的总结
进程间通信机制使用范围比较：
1.大量数据共享：
（1）有名管道：
主要用于非亲缘间进程通信
在文件系统中有文件节点
文件大小为0
（2）无名管道：
主要用于亲缘间进程通信
半双工
管道破裂
读阻塞
写阻塞
不能使用lseek
（3）消息队列：
非亲缘进程间通信
可以接收某一种类型的信息
能够通信的信息较为复杂
（4）共享内存：
非亲缘进程间通信
好操作
需要配套的同步/互斥机制
2.同步和互斥机制：
（1）信号：
主要实现异步通知
非亲缘/亲缘间进程通信都可
信号处理函数中不能处理较为复杂的内容
无法共享大量信息
（2）信号量：
主要用于同步/互斥问题的解决
不能传递复杂消息
没有优先级
（3）消息队列：
有消息类型，可以实现同步和互斥机制
能够传递复杂消息
有优先级
能进行信息共享
读取顺序随机
