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ftok

2021/1/28 14:02:21   来源:

ftok

消息队列、信号灯、共享内存常用在Linux服务端编程的进程间通信环境中。而此三类编程函数在实际项目中都是用System V IPC函数实现的。System V IPC函数名称和说明如下表15-1所示。

表15-1 System V IPC函数

 

消息队列

信号灯

共享内存区

头文件

<sys/msg.h>

<sys/sem.h>

<sys/shm.h>

创建或打开IPC函数

msgget

semget

shmget

控制IPC操作的函数

msgctl

semctl

shmctl

IPC操作函数

msgsnd

msgrcv

semop

shmat

shmdt

1.   key_t键和ftok函数

函数ftok把一个已存在的路径名和一个整数标识符转换成一个key_t值,称为IPC键值(也称IPC key键值)。ftok函数原型及说明如下:

              ftok(把一个已存在的路径名和一个整数标识符转换成IPC键值)

 

 

 

所需头文件

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

函数说明

把从pathname导出的信息与id的低序8位组合成一个整数IPC键

函数原型

key_t ftok(const char *pathname, int proj_id)

函数传入值

pathname:指定的文件,此文件必须存在且可存取

proj_id:计划代号(project ID)

函数返回值

成功:返回key_t值(即IPC 键值)

出错:-1,错误原因存于error中

附加说明

key_t一般为32位的int型的重定义


ftok的典型实现是调用stat函数,然后组合以下三个值:
①    pathname所在的文件系统的信息(stat结构的st_dev成员)。
②    该文件在本文件系统内的索引节点号(stat结构的st_ino成员)。
③    proj_id的低序8位(不能为0)。
上述三个值的组合产生一个32位键。

2.   ftok函数代码举例

ftok.c源代码如下:

 
  1. #include <stdio.h>

  2. #include <stdlib.h>

  3. #include <sys/types.h>

  4. #include <sys/ipc.h>

  5. #include <sys/stat.h>

  6. #include <unistd.h>

  7. int main(int argc, char **argv)

  8. {

  9. struct stat stat1 ;

  10. if ( argc != 2 )

  11. {

  12. printf("usage: ftok < pathname >" ) ;

  13. exit(1) ;

  14. }

  15. stat( argv[1], &stat1 ) ;

  16. printf("st_dev:%lx, st_ino:%lx, key:%x\n", \

  17. (unsigned long)stat1.st_dev, (unsigned long)stat1.st_ino , ftok(argv[1],0x579 )) ;

  18. printf("st_dev:%lx, st_ino:%lx, key:%x\n", \

  19. (unsigned long)stat1.st_dev, (unsigned long)stat1.st_ino , ftok(argv[1],0x118 )) ;

  20. printf("st_dev:%lx, st_ino:%lx, key:%x\n", \

  21. (unsigned long)stat1.st_dev, (unsigned long)stat1.st_ino , ftok(argv[1],0x22 )) ;

  22. printf("st_dev:%lx, st_ino:%lx, key:%x\n", \

  23. (unsigned long)stat1.st_dev, (unsigned long)stat1.st_ino , ftok(argv[1],0x33 )) ;

  24. exit(0) ;

  25. }

编译 gcc ftok.c –o ftok
运行 ./ftok /tmp,执行结果如下:

st_dev:801, st_ino:4db21, key:7901db21
st_dev:801, st_ino:4db21, key:1801db21
st_dev:801, st_ino:4db21, key:2201db21
st_dev:801, st_ino:4db21, key:3301db21
st_dev:801, st_ino:4db21, key:4401db21

从上面程序可以看出,通过ftok返回的是根据文件(pathname)信息和计划编号(proj_id)合成的IPC key键值,从而避免用户使用key值的冲突。proj_id值的意义让一个文件也能生成多个IPC key键值。ftok利用同一文件最多可得到IPC key键值0xff(即256)个,因为ftok只取proj_id值二进制的后8位,即16进制的后两位与文件信息合成IPC key键值。

3.   IPC键值与IPC标识符

(1)key值选择方式

对于key值,应用程序有如下三种选择:
①    调用ftok,给它传递pathname和proj_id,操作系统根据两者合成key值。
②    指定key为IPC_PRIVATE,内核保证创建一个新的、唯一的IPC对象,IPC标识符与内存中的标识符不会冲突。IPC_PRIVATE为宏定义,其值等于0。
③    指定key为大于0的常数,这需要用户自行保证生成的IPC key值不与系统中存在的冲突,而前两种是操作系统保证的。

(2)IPC标识符

给semget、msgget、shmget传入key值,它们返回的都是相应的IPC对象标识符。注意IPC键值和IPC标识符是两个概念,后者是建立在前者之上。图15-1画出了从IPC键值生成IPC标识符图,其中key为IPC键值,由ftok函数生成;ipc_id为IPC标识符,由semget、msgget、shmget函数生成。ipc_id在信号量函数中称为semid,在消息队列函数中称为msgid,在共享内存函数中称为shmid,它们表示的是各自IPC对象标识符。

图15-1 从IPC键值生成IPC标识符图

4. ipc_perm结构说明

系统为每一个IPC对象保存一个ipc_perm结构体,该结构说明了IPC对象的权限和所有者,并确定了一个IPC操作是否可以访问该IPC对象。

 
  1. struct ipc_perm {

  2. key_t key ; /* 此IPC对象的key键 */

  3. uid_t uid ; /* 此IPC对象用户ID */

  4. gid_t gid ; /* 此IPC对象组ID */

  5. uid_t cuid ; /* IPC对象创建进程的有效用户ID */

  6. gid_t cgid ; /* IPC对象创建进程的有效组ID */

  7. mode_t mode ; /* 此IPC的读写权限 */

  8. ulong_t seq ; /* IPC对象的序列号 */

  9. } ;

表15-2列出了ipc_perm中mode的含义,其含义与文件访问权限相似。当调用IPC对象创建函数(semget、msgget、shmget)时,会对ipc_perm结构变量的每一个成员赋值,其中mode的值来源于IPC对象创建函数最右边的形参flag(msgget中为msgflg、semget中为semflg、shmget中shmflg)。如需修改这几个成员变量则需调用相应的控制函数(msgctl、semctl、shmctl)。        
表15-2 IPC对象存取权限表

ipc_perm中mode的含义

操作者

可读可写

用户

0400

0200

0600

0040

0020

0060

其他

0004

0002

0006

5.  IPC对象的创建权限

    msgget、semget、shmget函数最右边的形参flag(msgget中为msgflg、semget中为semflg、shmget中shmflg)为IPC对象创建权限,三种xxxget函数中flag的作用基本相同。
IPC对象创建权限(即flag)格式为0xxxxx,其中0表示8位制,低三位为用户、属组、其他的读、写、执行权限(执行位不使用),其含义与ipc_perm的mode相同,具体含义见表15-2。在这里姑且把IPC对象创建权限格式的低三位称为“IPC对象存取权限”。如0600代表只有此用户下的进程才有可读可写权限。IPC对象存取权限常与下面IPC_CREAT、IPC_EXCL两种标志进行或(|)运算完成对IPC对象创建的管理,在这里姑且把IPC_CREAT、IPC_EXCL两种标志称为IPC创建模式标志。下面是两种创建模式标志在<sys/ipc.h>头文件中的宏定义。

 
  1. #define IPC_CREAT 01000 /* Create key if key does not exist. */

  2. #define IPC_EXCL 02000 /* Fail if key exists. */

综上所述,flag标志由两部分组成,一为IPC对象存取权限(含义同ipc_perm中的mode),一为IPC对象创建模式标志(IPC_CREAT、IPC_EXCL),两者进行|运算合成IPC对象创建权限。

6. 创建或打开IPC对象流程图

semget、msgget、shmget函数的作用是创建一个新的IPC对象或者访问一个已存在的IPC对象。其创建或访问的规则如下:
①    指定key为IPC_PRIVATE操作系统保证创建一个唯一的IPC对象。
②    设置flag参数的IPC_CREAT位但不设置它的IPC_EXCL位时,如果所指定key键的IPC对象不存在,那就是创建一个新的对象;否则返回该对象。
③    同时设置flag的IPC_CREAT和IPC_EXCL位时,如果所指定key键的IPC对象不存在,那就创建一个新的对象;否则返回一个EEXIST错误,因为该对象已存在。
综上所述,flag创建模式标志的作用如下表15-3所示。
表15-3 三种xxxget函数flag的创建模式标志作用表

 

flag创建模式标志

      不存在

       已存在

无特殊标志

出错,errno=ENOENT

成功,引用已存在对象

IPC_CREAT

成功,创建新对象

成功,引用已存在对象

IPC_CREAT|IPC_EXCL

成功,创建新对象

出错,errno=EEXIST

下图15-2画出了semget、msgget、shmget创建或打开一个IPC对象的逻辑流程图,它说明了内核创建和访问IPC对象的流程。

图15-2 semget、msgget、shmget创建或打开一个IPC对象的逻辑流程图
     使用semget、msgget、shmget创建一个IPC对象时,需要指定flag标志,在key不等于IPC_PRIVATE情况下,flag标志决定了创建方式和创建后IPC对象的存取权限。在key等于IPC_PRIVATE情况下,flag标志决定了创建后IPC对象的存取权限。如果只是引用一个已经存在的IPC对象只需把flag标志设为0即可。

有关该函数的三个常见问题:

1.pathname是目录还是文件的具体路径,是否可以随便设置
2.pathname指定的目录或文件的权限是否有要求
3.proj_id是否可以随便设定,有什么限制条件

解答:

   1、ftok根据路径名,提取文件信息,再根据这些文件信息及project ID合成key,该路径可以随便设置。
    2、该路径是必须存在的,ftok只是根据文件inode在系统内的唯一性来取一个数值,和文件的权限无关。
    3、proj_id是可以根据自己的约定,随意设置。这个数字,有的称之为project ID; 在UNIX系统上,它的取值是1到255;

关于ftok()函数的一个陷阱

     在使用ftok()函数时,里面有两个参数,即fname和id,fname为指定的文件名,而id为子序列号,这个函数的返回值就是key,它与指定的文件的索引节点号和子序列号id有关,这样就会给我们一个误解,即只要文件的路径,名称和子序列号不变,那么得到的key值永远就不会变。
     事实上,这种认识是错误的,想想一下,假如存在这样一种情况:在访问同一共享内存的多个进程先后调用ftok()时间段中,如果fname指向的文件或者目录被删除而且又重新创建,那么文件系统会赋予这个同名文件新的i节点信息,于是这些进程调用的ftok()都能正常返回,但键值key却不一定相同了。由此可能造成的后果是,原本这些进程意图访问一个相同的共享内存对象,然而由于它们各自得到的键值不同,实际上进程指向的共享内存不再一致;如果这些共享内存都得到创建,则在整个应用运行的过程中表面上不会报出任何错误,然而通过一个共享内存对象进行数据传输的目 的将无法实现。
      这是一个很重要的问题,希望能谨记!!!
     所以要确保key值不变,要么确保ftok()的文件不被删除,要么不用ftok(),指定一个固定的key值。

 

摘录自《深入浅出Linux工具与编程》