自学嵌入式第25天------消息队列，共享内存，信号灯

1.消息队列

1. 消息队列的创建与打开：

   • 使用 msgget() 函数创建或打开一个消息队列。

   • 需要指定唯一的 key 值和权限标志（如 IPC_CREAT）。

2. 消息的发送与接收：

   • 使用 msgsnd() 发送消息到队列。

   • 使用 msgrcv() 从队列中接收消息。

   • 消息需要定义特定的数据结构，通常包含 mtype（消息类型）和 mtext（消息内容）。

3. 消息类型（mtype）：

   • 消息类型用于区分不同的消息，接收方可以根据类型选择性地接收消息。

   • 类型可以是任意正整数，0 表示接收队列中的第一条消息。

4. 消息队列的权限控制：

   • 通过 msgget() 的权限标志（如 0666）控制消息队列的访问权限。

   • 可以使用 ipcs 和 ipcrm 命令查看和删除消息队列。

5. 消息队列的持久性：

   • 消息队列在内核中持久存在，直到被显式删除或系统重启。

   • 需要显式调用 msgctl() 删除队列。

6. 阻塞与非阻塞操作：

   • msgsnd() 和 msgrcv() 默认是阻塞的，可以通过 IPC_NOWAIT 标志设置为非阻塞模式。

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难点

1. 消息队列的同步与竞争条件：

   • 多个进程同时访问消息队列时，可能产生竞争条件。

   • 需要设计合理的同步机制（如信号量）来避免数据不一致。

2. 消息大小的限制：

   • 消息队列对单个消息的大小有限制（通常由系统参数 MSGMNB 定义）。

   • 如果消息过大，可能导致发送失败。

3. 消息队列的容量限制：

   • 消息队列的总容量有限，超过限制时 msgsnd() 会阻塞或失败。

   • 需要监控队列的使用情况，避免消息堆积。

4. 消息类型的合理设计：

   • 消息类型的设计需要清晰，避免类型冲突或逻辑混乱。

   • 如果消息类型设计不当，可能导致消息无法正确分类和处理。

5. 消息队列的删除与清理：

   • 消息队列不会自动删除，需要显式调用 msgctl() 删除。

   • 如果未正确清理，可能导致资源泄漏。

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2.共享内存

1. 共享内存的创建与附加：

   • 使用 shmget() 创建共享内存段。

   • 使用 shmat() 将共享内存附加到进程的地址空间。

   • 使用 shmdt() 分离共享内存。

2. 共享内存的唯一标识：

   • 共享内存通过唯一的 key 值标识，通常使用 ftok() 生成。

   • key 值需要确保唯一性，避免冲突。

3. 共享内存的权限控制：

   • 创建共享内存时可以指定权限标志（如 0666），控制其他进程的访问权限。

4. 共享内存的同步：

   • 共享内存本身不提供同步机制，需要结合信号量、互斥锁等机制实现进程间同步。

5. 共享内存的释放：

   • 使用 shmctl() 删除共享内存段。

   • 共享内存不会自动释放，需要显式删除。

6. 共享内存的高效性：

   • 共享内存是进程间通信最快的方式，因为数据直接映射到进程的地址空间，无需内核介入。

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3.信号灯

难点

1. 同步问题：

   • 共享内存没有内置的同步机制，多个进程同时访问时可能导致数据竞争。

   • 需要使用信号量、互斥锁等机制实现同步。

2. 内存一致性：

   • 不同进程对共享内存的修改可能不会立即同步到其他进程，需要显式刷新或使用内存屏障。

3. 共享内存的生命周期管理：

   • 共享内存不会随进程结束自动释放，需要显式调用 shmctl() 删除。

   • 如果管理不当，可能导致内存泄漏。

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     重点

   • 信号灯的创建与初始化：

     • 使用 semget() 创建信号灯集。

     • 使用 semctl() 初始化信号灯的值。

   • 信号灯的操作：

     • 使用 semop() 对信号灯进行 P 操作（等待）和 V 操作（释放）。

     • P 操作减少信号灯的值，如果值为 0 则阻塞。

     • V 操作增加信号灯的值，唤醒等待的进程。

   • 信号灯的唯一标识：

     • 信号灯通过唯一的 key 值标识，通常使用 ftok() 生成。

     • key 值需要确保唯一性，避免冲突。

   • 信号灯的权限控制：

     • 创建信号灯时可以指定权限标志（如 0666），控制其他进程的访问权限。

   • 信号灯的删除：

     • 使用 semctl() 删除信号灯集。

     • 信号灯不会自动删除，需要显式删除。

   • 信号灯的同步机制：

     • 信号灯用于实现进程间的同步，避免竞争条件。