Linux - IPCMSG: Comunicação inter-processos sem magia negra

Introdução

A biblioteca IPCMSG foi criada para facilitar o desenvolvimento de programas que utilizam comunicação inter-processo.

A IPCMSG disponibiliza os seguintes recursos:

Semáforos: Utilizados para sincronizar dois ou mais processos;
Fila de mensagens: Em sistemas Unix/Linux, este recurso é utilizado para troca eficaz de dados entre processos;
Sinais: Interrupção de software assíncrona utilizada para time-out nas comunicações inter-processos;
Sockets: Utilizados para troca de informações entre processos locais e remotos via rede.

Onde utilizamos a IPCMSG?

A biblioteca IPCMSG permite a utilização sem segredo dos recursos de comunicação inter-processos. Um ou mais processos podem comunicar entre si através da troca de mensagens.

A troca de mensagens podem ser sincronizadas ou não dependendo da aplicação em desenvolvimento. Utilizado semáforos em caso de um aplicação com processo sincronizados, assim garantindo a organização nas sincronização dos processos.

Em caso de falha durante um determinado processamento, um processo pode eventualmente não responder a uma mensagem. Para contornar este problema, usamos o recurso de sinais. Sinais são interrupções de software assíncrona que em nosso caso serve com time-out dos envios de mensagens.

Download, instalação e compilação

O download deve ser efetuado em:

https://codigolivre.org.br/projects/ipcmsg/

Abaixo as instruções passo-a-passo para a instalação da biblioteca.

Use o comando "tar -zxvf" para extrair todo o pacote (fontes e exemplos):

$ tar -zxvf ipcmsg-0.90-20050903.tar.gz
ipcmsg-0.90-20050903/exemplo/
ipcmsg-0.90-20050903/exemplo/tcp/
ipcmsg-0.90-20050903/exemplo/tcp/cliente.cpp
ipcmsg-0.90-20050903/exemplo/tcp/server.cpp
ipcmsg-0.90-20050903/exemplo/comunica/
ipcmsg-0.90-20050903/exemplo/comunica/cliente.cpp
ipcmsg-0.90-20050903/exemplo/comunica/server.cpp
ipcmsg-0.90-20050903/exemplo/semaforo/
ipcmsg-0.90-20050903/exemplo/semaforo/cliente.cpp
ipcmsg-0.90-20050903/exemplo/semaforo/server.cpp
ipcmsg-0.90-20050903/lib/
ipcmsg-0.90-20050903/lib/Makefile
ipcmsg-0.90-20050903/lib/funcoesIPC.cpp
ipcmsg-0.90-20050903/lib/funcoesIPC.h
ipcmsg-0.90-20050903/lib/funcoesTCP.h
ipcmsg-0.90-20050903/lib/funcoesTCP.cpp

Ao entrar na pasta criada pelo comando tar, verifique o seu conteúdo com o comando "ls". Encontraremos a pasta lib com os fontes da biblioteca, já na pasta exemplo teremos alguns códigos para demonstrar a funcionalidade da biblioteca IPCMSG.

$ cd ipcmsg-0.90-20050903/
$ ls -l

total 0
drwxr-x---  5 cabelo users 120 2005-09-03 14:44 exemplo
drwxr-x---  2 cabelo users 200 2005-09-03 14:44 lib

Para compilar e instalar a biblioteca, entre na pasta lib e execute o 
comando make. Após a compilação, execute o comando make install como 
super-usuário: 

$ cd lib/
$ su
# make
# make install 


Agora vamos aos exemplos, entre na pasta exemplo e efetue o comando ls 
conforme o comando abaixo: 

$ cd ..
$ ls
$ cd exemplo/
$ ls 
-l total 0
drwxr-x---  2 cabelo users 112 2005-09-03 14:44 comunica
drwxr-x---  2 cabelo users 112 2005-09-03 14:44 semaforo
drwxr-x---  2 cabelo users 112 2005-09-03 14:44 tcp

Para não tornar muito extenso este artigo, irei explicar apenas a 
comunicação inter-processo através da fila de mensagem. 

Entre na pasta 
comunica. Ao visualizar o seu conteúdo com o ls, note que existem 2 arquivos 
fonte, o cliente e o server. 

$ cd comunica/
$ ls -l total 8
-rw-r-----  1 cabelo users  779 2005-09-03 14:44 cliente.cpp
-rw-r-----  1 cabelo users 1100 2005-09-03 14:44 server.cpp

Para compilar, use o compilador g++ como no exemplo abaixo, assim obtendo 
os 2 binários para execução dos nossos testes: 

$ g++ cliente.cpp -o 
cliente -lIPCMSG
$ g++ server.cpp -o server -lIPCMSG
$ ls -l total 88
-rwxr-xr-x  1 cabelo users 37965 2005-09-03 15:01 cliente
-rw-r-----  1 cabelo users   779 2005-09-03 14:44 cliente.cpp
-rwxr-xr-x  1 cabelo users 38072 2005-09-03 15:01 server
-rw-r-----  1 cabelo users  1100 2005-09-03 14:44 server.cpp

Antes de executar os nossos programas teste, execute o comando ipcs: 


$ ipcs - Segmentos da memória compartilhada -
chave      shmid   proprietario perms bytes   nattch status
0x00000000 851969  cabelo       600   262144  1      dest
0x00000000 917506  cabelo       600   393216  2      dest
0x00000000 950275  cabelo       600   196608  2      dest
0x00000000 4292612 cabelo       600   393216  2      dest
0x00000000 4325381 cabelo       600   196608  2      dest
0x00000000 4358150 cabelo       666   57600   1      dest

------ Arrays de semáforos ------
chave      semid      proprietario perms      nsems

----- Filas de mensagens ------
chave  msqid   proprietario perms  bytes usados mensagens

Reparem que não existe nenhuma fila de mensagem criada até o presente 
momento. Agora execute o programa server e veja o que acontece ao executar o 
ipcs em outro terminal: 

$ ./server
[PID 8132] Fila (13) 
ID:65537 criada com sucesso.
SERVER: Aguardando MSG... 

Ao executar o 
programa server com PID 8132, a fila de mensagem com o ID 65537 foi criada com 
na chave 13 (D em hexadecimal). Para constatar estes dados e verificar se a fila 
foi criada com sucesso, execute o comando ipcs novamente: 

$ ipcs - Segmentos da memória compartilhada -
chave      shmid   proprietario perms bytes  nattch status
0x00000000 851969  cabelo       600   262144 1      dest
0x00000000 917506  cabelo       600   393216 2      dest
0x00000000 950275  cabelo       600   196608 2      dest
0x00000000 4292612 cabelo       600   393216 2      dest
0x00000000 4325381 cabelo       600   196608 2      dest
0x00000000 4358150 cabelo       666   57600  1      dest

------ Arrays de semáforos ------
chave      semid   proprietario perms  nsems

----- Filas de mensagens ------
chave      msqid proprietario perms bytes usados mensagens
0x0000000d 65537 cabelo       666   0            0

Agora vamos executar o programa cliente (em outro terminal) para efetuar a 
comunicação entre os dois processos criados (o server e o cliente). 

$ 
./cliente
[PID 8134] Processo conectado com sucesso na fila 13 ID:65537 


Neste momento criamos dois processos o server com PID 8132 e o cliente 
com o PID 8134. Quando o cliente é executado, ele se conectar com a fila de 
mensagem e aguardar a digitação de uma string para ser enviada ao processo 
server através da fila de mensagem. 

PID.:8134> olá processo 
pai
[PID 8134] Aguardando ACK 

Ao digitarmos "olá processo pai" 
seguido da tecla [ENTER], automaticamente o cliente aguarda uma resposta do 
processo server. 

SERVER: Aguardando MSG...
PID.:8132> olá 
processo pai
PID.:8132> 

Já o processo server recebe a mensagem 
e aguarda a digitação da resposta a ser enviada ao processo cliente. 


[SIGNAL] Time Out!
[PID 8134] Erro na recepção na Fila ID:(65537) - 
(Interrupted system call) 

Propositalmente, não digitei nenhuma mensagem. 
Com isto provoquei uma interrupção de software assíncrona através de sinais. 


PID.:8132>
SERVER: Aguardando MSG... 

Por sofrer um SINAL 
de TIME-OUT, o processo server volta a guarda a nova mensagem do processo 
cliente. 

PID.:8134> olá novamente processo pai ok?
[PID 
8134] Aguardando ACK 

Agora vamos enviar a mensagem ao processo server e 
responder imediatamente. 

SERVER: Aguardando MSG...
PID.:8187> 
olá novamente processo pai ok?
PID.:8187> ok
SERVER: 
Aguardando MSG... 

Ao digitar "ok" no processo server, imediatamente 
envia a mensagem ao processo cliente, confirme no terminal que esta sendo 
executado o programa cliente. 

PID.:8134> ok 

Com esta 
biblioteca, podemos desenvolver programas que permitem troca de mensagens 
inter-processo sem grande esforço/técnica de programação. 

Maiores 
informações podem ser obtida na sessão documentação do link oficial do projeto: 

http://cabelo.linuxdicas.com.br/ipcmsg/

Infra - Linux

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