System V 程序通訊方式：訊號量(semaphore)、訊息佇列(Message Queue)和共享記憶體(Share Memory)

訊號量

訊號量(semaphore)實際是一個整數，它的值由多個程序進行測試(test)和設定(set)。就每個程序所關心的測試和設定操作而言，這兩個操作是不可中斷的，或稱“原子”操作，即一旦開始直到兩個操作全部完成。測試和設定操作的結果是：訊號量的當前值和設定值相加，其和或者是正或者為負。根據測試和設定操作的結果，一個程序可能必須睡眠，直到有另一個程序改變訊號量的值。

訊號量可用來實現所謂的“臨界區”的互斥使用，臨界區指同一時刻只能有一個程序執行其中程式碼的程式碼段。為了進一步理解訊號量的使用，下面我們舉例說明。

假設你有很多相互協作的程序，它們正在讀或寫一個數據檔案中的記錄。你可能希望嚴格協調對這個檔案的存取，於是你使用初始值為1的訊號量，在這個訊號量上實施兩個操作，首先測試並且給訊號量的值減1，然後測試並給訊號量的值加1。當第一個程序存取檔案時，它把訊號量的值減1，並獲得成功，訊號量的值現在變為0，這個程序可以繼續執行並存取資料檔案。但是，如果另外一個程序也希望存取這個檔案，那麼它也把訊號量的值減1，結果是不能存取這個檔案，因為訊號量的值變為-1。這個程序將被掛起，直到第一個程序完成對資料檔案的存取。當第一個程序完成對資料檔案的存取，它將增加訊號量的值，使它重新變為1，現在，等待的程序被喚醒，它對訊號量的減1操作將獲得成功。

訊息佇列

訊息佇列也稱為報文佇列，訊息佇列是隨核心持續的，只有在核心重起或顯示刪除一個訊息佇列時，該訊息佇列才會真正刪除 系統中記錄訊息佇列的資料結構struct ipc_ids msg_ids位於核心中，系統中所有訊息佇列都可以在結構msg_ids中找到訪問入口

訊息佇列其實就是一個訊息的連結串列，每個訊息佇列有一個佇列頭，稱為struct msg_queue，這個佇列頭描述了訊息佇列的key值，使用者ID，組ID等資訊，但它存於核心中而結構體struct msqid_ds能夠返回或設定訊息佇列的資訊，這個結構體位於使用者空間中，與msg_queue結構相似訊息佇列允許一個或多個程序向它寫入或讀取訊息，訊息佇列是訊息的連結串列。

訊息是按訊息型別訪問，程序必須指定訊息型別來讀取訊息，同樣，當向訊息佇列中寫入訊息時也必須給出訊息的型別，如果讀佇列使用的訊息型別為0，則讀取佇列中的第一條訊息。

核心空間的結構體msg_queue描述了對應key值訊息佇列的情況，而對應於使用者空間的msqid_ds這個結構體，因此，可以操作msgid_ds這個結構體來操作訊息佇列。

共享記憶體

共享記憶體是執行在同一臺機器上的程序間通訊最快的方式，因為資料不需要在不同的程序間複製。通常由一個程序建立一塊共享記憶體區，其餘程序對這塊記憶體區進行讀寫。共享記憶體往往與其它通訊機制，如訊號量結合使用，來達到程序間的同步及互斥。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <error.h>

#define SIZE 1024

int main()
{
    int shmid ;
    char *shmaddr ;
    struct shmid_ds buf ;
    int flag = 0 ;
    int pid ;

    //0(IPC_PRIVATE)：會建立新共享記憶體物件,IPC_CREAT與IPC物件存取許可權（如0600）進行|運算來確定訊號量集的存取許可權
    shmid = shmget(IPC_PRIVATE, SIZE, IPC_CREAT|0600 ) ;   
    if ( shmid < 0 )
    {
        perror("get shm  ipc_id error") ;
        return -1 ;
    }

    pid = fork() ;
    if ( pid == 0 )
    {
        shmaddr = (char *)shmat( shmid, NULL, 0 ) ;      //直接指定為NULL讓核心自己決定一個合適的地址位置
        if ( (int)shmaddr == -1 )
        {
            perror("shmat addr error") ;
            return -1 ;
        }
        strcpy( shmaddr, "Hi, I am child process!\n") ;

        //與shmat函式相反，shmdt是用來斷開與共享記憶體附加點的地址，禁止本程序訪問此片共享記憶體
        shmdt( shmaddr ) ;                               

        return  0;
    } else if ( pid > 0) {
        sleep(3 ) ;

        //完成對共享記憶體的控制,得到共享記憶體的狀態，把共享記憶體的shmid_ds結構複製到buf中
        flag = shmctl( shmid, IPC_STAT, &buf) ;      
        if ( flag == -1 )
        {
            perror("shmctl shm error") ;
            return -1 ;
        }
        printf("shm_segsz =%d bytes\n", buf.shm_segsz ) ;
        printf("parent pid=%d, shm_cpid = %d \n", getpid(), buf.shm_cpid ) ;
        printf("chlid pid=%d, shm_lpid = %d \n",pid , buf.shm_lpid ) ;

        shmaddr = (char *) shmat(shmid, NULL, 0 ) ;
        if ( (int)shmaddr == -1 )
        {
            perror("shmat addr error") ;
            return -1 ;
        }

        printf("%s", shmaddr) ;
        shmdt( shmaddr ) ;
        shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) ;   //IPC_RMID：刪除這片共享記憶體

    }
    else
    {
        perror("fork error") ;
        shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) ;
    }

    return 0 ;
}

PS:

系統建立IPC通訊（如訊息佇列、共享記憶體時）必須指定一個ID值 。通常情況下，該id值通過ftok函式得到 。
ftok原型如下：

key_t ftok( char * fname, int id )

引數說明：

                fname就時您指定的文件名            id是子序號。

返回值：

                在一般的UNIX實現中，是將文件的索引節點號取出，前面加上子序號得到key_t的返回值

如指定文件的索引節點號為65538，換算成16進製為0x010002，而您指定的ID值為38，換算成16進位制   為 0x26，則最後的key_t返回值為0x26010002。

(查詢文件索引節點號的方法是： ls -i)