linux 进程间通信--消息队列相关函数（ftok ）详解
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）
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： 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：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char **argv)
{
struct stat stat1 ;
if ( argc != 2 )
{
printf("usage: ftok < pathname >" ) ;
exit(1) ;
}
stat( argv[1], &stat1 ) ;
printf("st_dev:%lx, st_ino:%lx, key:%x\n",  \
(unsigned long)stat1.st_dev, (unsigned long)stat1.st_ino , ftok(argv[1],0x579 )) ;
printf("st_dev:%lx, st_ino:%lx, key:%x\n",  \
(unsigned long)stat1.st_dev, (unsigned long)stat1.st_ino , ftok(argv[1],0x118 )) ;
printf("st_dev:%lx, st_ino:%lx, key:%x\n",  \
(unsigned long)stat1.st_dev, (unsigned long)stat1.st_ino , ftok(argv[1],0x22 )) ;
printf("st_dev:%lx, st_ino:%lx, key:%x\n",  \
(unsigned long)stat1.st_dev, (unsigned long)stat1.st_ino , ftok(argv[1],0x33 )) ;
exit(0) ;
}
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
进程通信方式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。
struct ipc_perm {
key_t  key ;          /* 此IPC对象的key键 */
uid_t  uid ;          /* 此IPC对象⽤户ID */
gid_t  gid ;          /* 此IPC对象组ID */
uid_t  cuid ;        /* IPC对象创建进程的有效⽤户ID */
gid_t  cgid ;        /* IPC对象创建进程的有效组ID */
mode_t  mode ;        /* 此IPC的读写权限 */
ulong_t  seq ;        /* IPC对象的序列号 */
} ;
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
操作者读写可读可写
⽤户040002000600
组004000200060
其他000400020006
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。
#define IPC_CREAT    01000    /* Create key if key does not exist. */
#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》

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