進程間通訊---共享內存

時間  2019-11-16
標籤 進程 通訊 共享 內存 简体版
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1、IPC（Inter-Process Communication，進程間通訊）對象的介紹
 
System V 的IPC對象有共享內存、消息隊列、信號燈。

注意:在IPC的通訊模式下，不論是使用消息隊列仍是共享內存，甚至是信號燈，每一個IPC的對象都有惟一的名字,稱爲"鍵"(key)。經過"鍵"，進程可以識別所用的對象。"鍵"與IPC對象的關係就如同文件名稱於文件，經過文件名，進程可以讀寫文件內的數據，甚至多個進程可以公用一個文件。而在 IPC的通信模式下，經過"鍵"的使用也使得一個IPC對象能爲多個進程所共用。
 
2、共享內存的介紹
 
<1>共享內存是一種最爲高效的進程間通訊方式，進程能夠直接讀寫內存，而不須要任何數據的拷貝。
 
<2> 爲了在多個進程間交換信息，內核專門留出了一塊內存區，能夠由須要訪問的進程將其映射到本身的私有地址空間。進程就能夠直接讀寫這一塊內存而不須要進行數據的拷貝，從而大大提升效率。
 
<3>因爲多個進程共享一段內存，所以也須要依靠某種同步機制。
 
3、共享內存的特色



4、共享內存的操做流程
 
<1>建立/打開共享內存
<2>映射共享內存，即把指定的共享內存映射到進程的地址空間用於訪問
<3>撤銷共享內存映射
<4>刪除共享內存對象
 
5、相關API 
 
A.獲取一塊共享內存



功能：分配一塊共享內存
 
返回值:
 
調用成功返回一個shmid（相似打開一個或建立一個文件得到的文件描述符同樣）;
調用失敗返回-1。
 
參數說明:
 
<1>key標識共享內存的鍵值(就像文件的標識是文件名):0  / IPC_PRIVATE。
 
當key的取值爲IPC_PRIVATE,則函數shmget()將建立一塊新的共享內存；
 
若是key的取值爲0，而參數shmflg中設置了IPC_CREATE這個標誌，則一樣建立一塊新的共享內存。
 
經過這種方式分配的共享內存，通常用來親緣關係的進程間通訊。
 
注意：咱們通常是經過ftok這個函數獲取鍵值

功能 : 獲取一個IPC對象的鍵值
 
參數說明:
 
pthname就是你指定文件名的路徑(該文件必須是存在並且能夠訪問的),通常狀況咱們都寫一個目錄
 
proj_id  ： 和pthname一塊兒完成建立鍵值的參數，雖然爲int,可是隻有8個比特被使用。通常咱們寫一個字符代替。
 
例如:
 
案例:


運行的結果:



<2> size是要創建共享內存的長度。全部的內存分配操做都是以頁爲單位的。因此若是一個進程只申請一塊只有一個字節的內存，內存也會分配整整一頁(在i386機器中一頁的缺省大小PACE_SIZE = 4096字節)。
 
<3>shmflg有效的標誌包括IPC_CREAT 和IPC_EXCL,他們的功能與open()的O_CREAT和O_EXCL至關。
 
IPC_CREAT      若是共享內存不存在，則建立一個共享內存，不然直接打開已存在的
IPC_EXCL        只有在共享內存不存在的時候，新的共享內存才創建，不然就產生錯誤



例子一:假設鍵值爲key,建立一個共享內存大小爲4k,訪問權限爲066,若是已經存在則返回其標識號 
 
int shmid;
if( (shmid = shmget(key,4 * 1024,0666 | IPC_CREAT)) < 0)
{
    perror("Fail to shmget");
    exit(EXIT_FAILURE)
}
 
例子2、假設鍵值爲key,建立一個共享內存大小爲1k，訪問權限爲0666，若是已經存在則報錯
 
int shmid;
if((shmid  = shmget(key,1024,0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) < 0)
{
    perror("Fail to shmget");
    exit(EXIT_FAILURE);
}
 
B.共享內存的映射



函數shmat將標識號爲shmid共享內存映射到調用進程的地址空間中。
 
參數說明:
 
shmid  :  要映射的共享內存區標識符
 
shmaddr  :  將共享內存映射到指定地址(若爲NULL,則表示由系統自動完成映射)
 
shmflg  :  SHM_RDONLY  共享內存只讀
                默認0:共享內存可讀寫。
 
返回值 :調用成功放回映射後的地址 ,出錯放回(void *)-1；
 
C.取消共享內存與用戶進程之間的映射



參數shmaddr是shmat映射成功放回的地址。
 
注意：當一個進程再也不須要共享內存段時，它將調用shmdt()系統調用取消這個段，可是，這並非從內核真正地刪除這個段， 而是把相關shmid_ds結構的shm_nattch域的值減1， 當這個值爲0時，內核才從物理上刪除這個共享段。
 
D.控制共享內存



參數說明:
 
shmid  共享內存標識ID
 
cmd      IPC_STAT獲得共享內存的狀態
              IPC_SET改變共享內存的狀態
               IPC_RMID刪除共享內存
 
buf  是一個結構體指針。IPC_STAT的時候，取得的狀態放在這個結構體中。若是要改變共享內存的狀態，用這個結構體指定；



注意：
 
1.IPC_RMID命令實際上不從內核刪除一個段，而是僅僅把這個段標記爲刪除，實際的刪除發生最後一個進程離開這個共享段時。
 
2.當cmd爲IPC_RMID時，第三個參數應爲NULL。呵呵，大部分咱們都是這樣作,用這個函數刪除共享內存。
 
 
案例探究:


點擊(此處)摺疊或打開css

  1. #include <sys/shm.h>
  2. #include <stdio.h>
  3. #include <stdlib.h>
  4. #include <string.h>
  5. #include <semaphore.h>
  6. #include <fcntl.h>
  7. #include <sys/stat.h>
  10. #define BUFF_SIZE 1024
  12. int father_do_work(int shmid)
  13. {
  14.     char *buf;
  15.     void *shmaddr;
  16.     sem_t *prsem;
  17.     sem_t *pwsem;
  19.     //有名信號量
  20.     if((prsem = sem_open("rsem",O_CREAT,0666,0)) == SEM_FAILED)
  21.     {
  22.         perror("Fail to sem open");
  23.         return -1;
  24.     }
  25.         
  26.         //有名信號量
  27.     if((pwsem = sem_open("wsem",O_CREAT,0666,1)) == SEM_FAILED)
  28.     {
  29.         perror("Fail to sem open");
  30.         return -1;
  31.     }
  33.     //映射共享內存
  34.     if((shmaddr = shmat(shmid,NULL,0)) == (void *)-1)
  35.     {
  36.         perror("Fail to shmat");
  37.         exit(EXIT_FAILURE);
  38.     }
  40.     buf = (char *)shmaddr;
  42.     while(1)
  43.     {
  44.         if(sem_wait(pwsem) < 0)
  45.         {
  46.             perror("Fail to sem wait");
  47.             break;
  48.         }
  50.         printf(">");
  51.         fgets(buf,BUFF_SIZE,stdin);
  52.         buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
  53.         
  54.         if(sem_post(prsem) < 0)
  55.         {
  56.             perror("Fail to sem post");
  57.             break;
  58.         }
  59.         
  60.         if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)
  61.         {
  62.             if(shmdt(shmaddr) < 0)
  63.             {
  64.                 perror("Fail to shmaddr");
  65.                 exit(EXIT_FAILURE);
  66.             }
  68.             break;
  69.         }
  70.     
  71.         usleep(500);
  72.     }
  73.     
  74.     return 0;
  75. }
  77. int child_do_work(int shmid)
  78. {
  79.     char *buf;
  80.     void *shmaddr;
  81.     sem_t *prsem;
  82.     sem_t *pwsem;
  84.     //
  85.     if((prsem = sem_open("rsem",O_CREAT,0666,0)) == SEM_FAILED)
  86.     {
  87.         perror("Fail to sem open");
  88.         return -1;
  89.     }
  91.     if((pwsem = sem_open("wsem",O_CREAT,0666,1)) == SEM_FAILED)
  92.     {
  93.         perror("Fail to sem open");
  94.         return -1;
  95.     }
  97.     //映射共享內存
  98.     if((shmaddr = shmat(shmid,NULL,0)) == (void *)-1)
  99.     {
  100.         perror("Fail to shmat");
  101.         exit(EXIT_FAILURE);
  102.     }
  104.     buf = (char *)shmaddr;
  106.     while(1)
  107.     {
  108.         if(sem_wait(prsem) < 0)
  109.         {
  110.             perror("Fail to prsem");
  111.             break;
  112.         }
  114.         printf("read buf : %s.\n",buf);
  116.         if(sem_post(pwsem) < 0)
  117.         {
  118.             perror("Fail to pwsem");
  119.             break;
  120.         }
  122.         if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)
  123.         {
  124.             if(shmdt(shmaddr) < 0)
  125.             {
  126.                 perror("Fail to shmaddr");
  127.                 exit(EXIT_FAILURE);
  128.             }
  130.             break;
  131.         }
  132.     }
  133.     
  134.     return 0;
  135. }
  137. int main()
  138. {
  139.     int shmid;
  140.     int pid;
  141.     void *shmaddr;
  142.     
  143.     //建立共享內存
  144.     if((shmid = shmget(IPC_PRIVATE,BUFF_SIZE,0666 | IPC_CREAT)) < 0)
  145.     {
  146.         perror("Fail to shmget");
  147.         exit(EXIT_FAILURE);
  148.     }
  151.     if((pid = fork()) < 0)
  152.     {
  154.         perror("Fail to fork");
  155.         exit(EXIT_FAILURE);
  156.     
  157.     }else if(pid == 0){
  158.     
  159.         child_do_work(shmid);
  160.     
  161.     }else{
  162.         
  163.         father_do_work(shmid);
  164.         wait(NULL);
  166.         if(shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL) < 0)
  167.         {
  168.             perror("Fail to shmctl");
  169.             exit(EXIT_FAILURE);
  170.         }
  171.     }
  173.     exit(EXIT_SUCCESS);
  174. }

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