[ 嵌入式通信技术 ] [ 3 ] 线程间通信
邮箱
1. 邮箱中的邮件排列是有顺序的，一般遵循 FIFO 规则。在正常使用中，往往在需要为邮箱通信的每一对线程中建立一个专用邮箱。
2. RTT 的邮箱规定，每个邮件的内容只能为 4 个字节。如果发送内容过多，可以把要发送的内容封装成一个结构体，然后发送结构体指针。当接收到该指针时，线程最好尽快处理或将内容复制出来（如何获取数据的大小？）
3. 邮箱的创建分为静态和动态两种。静态对象的句柄（就是结构体地址）需要提前声明，这部分内存空间永远被占用，OS 无法释放静态对象的内存。然而，动态创建的邮箱可以被 OS 释放，正常情况下并不需要频繁地创建和释放邮箱（注意内存泄漏问题）。
消息队列
1. 消息队列是对邮箱的扩展，解决了邮箱发送邮件大小受限制的问题。
2. 类比线程池概念，创建消息队列时，OS 会自动分配消息队列所占用的空间。并维护两个链表：空闲链表和就绪链表。
3. “紧急消息” 可以把消息插入到消息队列最前端，从而使该消息提前被执行。
系统中，关于消息队列的操作：
NAME
msgrcv, msgsnd - System V message queue operations
DESCRIPTION
The msgsnd() and msgrcv() system calls are used, respectively, to send messages to, and receive messages from, a System V message queue. The calling process must have write
permission on the message queue in order to send a message, and read permission to receive a message.
The msgp argument is a pointer to a caller-defined structure of the following general form:
struct msgbuf {
long mtype; /* message type, must be > 0 */
char mtext[1]; /* message data */
};
The mtext field is an array (or other structure) whose size is specified by msgsz, a nonnegative integer value. Messages of zero length (i.e., no mtext field) are permitted.
The mtype field must have a strictly positive integer value. This value can be used by the receiving process for message selection (see the description of msgrcv() below).
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
struct msgbuf {
long mtype;
char mtext[80];
};
static void usage(char *prog_name, char *msg)
{
if (msg != NULL)
fputs(msg, stderr);
fprintf(stderr, "Usage: %s [options]\n", prog_name);
fprintf(stderr, "Options are:\n");
fprintf(stderr, "-s send message using msgsnd()\n");
fprintf(stderr, "-r read message using msgrcv()\n");
fprintf(stderr, "-t message type (default is 1)\n");
fprintf(stderr, "-k message queue key (default is 1234)\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
static void send_msg(int qid, int msgtype)
{
struct msgbuf msg;
time_t t;
msg.mtype = msgtype;
time(&t);
snprintf(msg.mtext, sizeof(msg.mtext), "a message at %s",
ctime(&t));
if (msgsnd(qid, (void *) &msg, sizeof(msg.mtext),
IPC_NOWAIT) == -1) {
perror("msgsnd error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("sent: %s\n", msg.mtext);
}
static void get_msg(int qid, int msgtype)
{
struct msgbuf msg;
if (msgrcv(qid, (void *) &msg, sizeof(msg.mtext), msgtype,
MSG_NOERROR | IPC_NOWAIT) == -1) {
if (errno != ENOMSG) {
perror("msgrcv");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("No message available for msgrcv()\n");
} else
printf("message received: %s\n", msg.mtext);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int qid, opt;
int mode = 0; /* 1 = send, 2 = receive */
int msgtype = 1;
int msgkey = 1234;
while ((opt = getopt(argc, argv, "srt:k:")) != -1) {
switch (opt) {
case 's':
mode = 1;
break;
case 'r':
mode = 2;
break;
case 't':
msgtype = atoi(optarg);
if (msgtype <= 0)
usage(argv[0], "-t option must be greater than 0\n");
break;
case 'k':
msgkey = atoi(optarg);
break;
default:
usage(argv[0], "Unrecognized option\n");
}
}
if (mode == 0)
usage(argv[0], "must use either -s or -r option\n");
qid = msgget(msgkey, IPC_CREAT | 0666);
if (qid == -1) {
perror("msgget");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (mode == 2)
get_msg(qid, msgtype);
else
send_msg(qid, msgtype);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
信号
1. 这里的信号和前面线程同步中的信号量（semaphore）以及消息机制都不同，它模拟了一个硬件上的中断，通常的实现方法是使用芯片提供的软中断指令，所以它本质上也是一个中断。
2. 信号处理函数类似于中断处理函数，该函数会在信号被触发后自动调用（回调函数）。
3. 信号是一个软中断，不存在等待与否的问题。
共享内存
共享内存就是两个不相关的进程之间可以直接访问同一段内存，共享内存在两个正在运行的进程之间共享和传递数据。
本质上是映射一段可以被其他进程所访问到的内存，这段内存有一个进程创建，但是多个进程都可以访问。
共享内存函数由 shmget、shmat、shmdt 和 shmctl 四个函数组成。
shm_snd.c
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define SHM_SIZE 1024
int main() {
int shmid;
char* shmptr;
// 创建共享内存
shmid = shmget(0x66, SHM_SIZE, IPC_CREAT|0666);
if (shmid < 0) {
perror("shmget");
return -1;
}
// 对共享内存的访问
shmptr = shmat(shmid, 0, 0);
if (shmptr == (void*)-1) {
perror("shmat");
return -2;
}
// 往共享内存写数据
strcpy(shmptr, "shmat write ok");
shmdt(shmptr);
return 0;
}
shm_rcv.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define SHM_SIZE 1024
int main() {
int shmid;
char* shmptr;
shmid = shmget(0x66, SHM_SIZE, IPC_CREAT|0666);
if (shmid < 0) {
perror("shmget");
return -1;
}
shmptr = shmat(shmid, 0, 0);
if (shmptr == (void*)-1) {
perror("shmat");
return -2;
}
// read from shared memory
printf("read: %s\n", shmptr);
shmdt(shmptr);
return 0;
}