Linux进程间通信--共享内存与信号量

进程可以直接读写内存，不需要任何数据的复制。为了在多个进程间交换
信息，内核专门留出一块内存区，内存区可以由需要访问的进程将其映射
到自己的私有地址空间，进程直接读写这一内存区，而不需要进行数据
的复制，提高了效率。由于多个进程共享内存，需要依靠同步机制如
互斥锁和信号量。

共享内存的实现分为三个步骤：

1. 创建共享内存，shmget()
shmget(创建或打开共享内存)
表头文件 #include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
函数定义 int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
函数说明 key:IPC_PRIVATE或ftok的返回值,标识的ID
size:共享内存区大小。shmflg:同 open函数的权限位，也可以用8进制表示法
返回值：成功返回内存标识符，错误返回-1
#define IPC_CREAT01000/* Create key if key does not exist. */
#define IPC_EXCL02000/* Fail if key exists. */
#define IPC_NOWAIT04000/* Return error on wait. */
2. 映射共享内存，把创建的共享内存映射到具体的进程空间，shmat()
shmat(映射共享内存)
表头文件 #include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
函数定义 void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

函数说明 shmid:要映射的共享内存区标识符
shmaddr:将共享内存映射到指定地址（若为NULL,则表示由系统自动完成映射）
shmflg:SHM_RDONLY:共享内存只读，默认为0，共享内存可读写
返回值：成功映射后的地址，错误：-1
3. 撤销映射shmdt()
shmdt(共享内存从进程中分离出来)
表头文件： #include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
函数定义： int shmdt(const void *shmaddr);
函数说明：shmaddr:共享内存后映射的地址
返回值：成功0，错误-1
案例：创建一个共享内存区，之后创建子进程，在父子两个进程中将共享内存
分别映射到各自的地址空间中
父进程先等待用户输入，然后用户输入的字符串写入到共享内存，之后往共享
内存的头部写入WROTE字符串表示进程已成功写入数据。子进程一直等到共享
内存的头部字符串为WROTE,然后将共享内存的有效数据（在父进程中用户输入的字符串）
在屏幕上打印。父子两个进程在工作之后，分别解除与共享内存的映射关系。
用标志字符串来实现父子之间的同步
命令ipcs,用于报告进程间通信机制状态的命令，它可以查看共享内存，消息队列
等各种进程间通信机制的情况，用system()函数调用shell命令ipcs

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sem_com.h
-------------------------------------
#ifndef __SEM_COM_H__
#define __SEM_COM_H__
/**
*信号量相关的函数调用接口复杂，将它们封装成二维单个
*信号量的几个基本函数。
*信号量初始化函数init_sem()
*P操作加一sem_p()
*V操作减一sem_v()
*从系统中删除信号量del_sem()
*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
union semun {
int val;
};
extern int init_sem(int sem_id, int init_value);
extern int sem_p(int sem_id);
extern int sem_v(int sem_id);
extern int del_sem(int sem_id);
#endif
----------------------------------------------------
sem_com.c
-----------------------------------------------------
#include "sem_com.h"
/**信号量初始化函数*/
int init_sem(int sem_id, int init_value)
{
union semun sem_union;
sem_union.val = init_value; //init_value为初始值
if (semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) == -1) {
perror("Initialize semaphore");
return -1;
}
return 0;
}
/**从系统中删除信号量的函数*/
int del_sem(int sem_id)
{
union semun sem_union;
if (semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union) == -1) {
perror("Delete semaphore");
return -1;
}
}
/**P操作*/
int sem_p(int sem_id)
{
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = 0;//单个信号量的编号应该为0
sem_b.sem_op = -1;//表示P操作
sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;//系统自动释放将会在系统中残留的信号量
if (semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1) {
perror("semop");
return -1;
}
return 0;
}
/**V操作*/
int sem_v(int sem_id)
{
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = 0;//单个信号量的编号应该为0
sem_b.sem_op = 1;//表示V操作
sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
if (semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1) {
perror("semop V");
return -1;
}
return 0;
}
----------------------------------------------------
shmem.c
----------------------------------------------------
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include "sem_com.h"
#define BUFFER_SIZE 2048
pid_t pid;
int shmid;//要映射的共享内存区标识符
int semid;//定义信号量，用于实现共享内存的进程之间的互斥
char *shm_addr;//共享内存映射到的地址
char buff[BUFFER_SIZE];
void function_init()
{
//创建一个信号量
semid = semget(ftok("/home",2), 1, 0666|IPC_CREAT);
init_sem(semid, 1);//初始值为1
//创建共享内存
shmid = shmget(IPC_PRIVATE, BUFFER_SIZE, 0666);
if (shmid < 0) {
perror("shmget");
exit(1);
} else {
printf("create shard-memory shmid: %d\n", shmid);
}
}
void function_end()
{
//删除信号量
del_sem(semid);
//解除共享内存映射
if ((shmdt(shm_addr)) < 0) {
perror("shmdt");
exit(1);
}
//删除共享内存IPC_RMID 删除共享内存段
if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
perror("shmctl");
exit(1);
} else {
printf("Delete shared-memory\n");
}
}
int main()
{
function_init();
pid = fork();
if (pid == 0) {//子进程
//映射共享内存
shm_addr = shmat(shmid, NULL, 0);
if (shm_addr == (void *)-1) {
perror("Child:　shmat");
exit(1);
} else
{
do{
sem_p(semid);
printf("\nChild:Attach shared-memory %p :%s \n", shm_addr, shm_addr);
if (strncmp(shm_addr, "quit", 4) == 0) {
break;
}
memset(shm_addr, 0, BUFFER_SIZE);
sem_v(semid);
} while(1);
}
//显示共享内存情况
//system("ipcs -m");
} else if(pid > 0){//父进程
//映射共享内存
shm_addr = shmat(shmid, 0, 0);
//父进程向共享内存定入数据
do {
sem_p(semid);//信号值减一
printf("Parent:Enter some text to the shared memory(enter 'quit' to exit):\n");
if(fgets(buff, BUFFER_SIZE, stdin) == NULL) {
perror("fgets");
sem_v(semid);
break;
}
strncpy(shm_addr, buff, strlen(buff));
sem_v(semid);
} while(strncmp(buff, "quit", 4) != 0);
function_end();
}
exit(0);
}
---------------------------------------------------
shmem#./bts
create shard-memory shmid: 1966089
PARENTS:Enter some text to the shared memory(enter 'quit' to exit):
hi child! "good afternoon"
Child:Attach shared-memory 0xb78af000 :hi child! "good afternoon"
PARENTS:Enter some text to the shared memory(enter 'quit' to exit):
ok let's go
Child:Attach shared-memory 0xb78af000 :ok let's go
PARENTS:Enter some text to the shared memory(enter 'quit' to exit):
quit
Delete shared-memory
Child:Attach shared-memory 0xb78af000 :quit

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