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2013年(23)

2012年(55)

分类: C/C++

2013-05-13 14:04:21

每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进 程的全局变量在另一个进程中都看不到,所以进程之间要交换数据必须通过内核,在内核中开辟一块缓冲 区,进程1把数据从用户空间拷到内核缓冲区,进程2再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程间通信(IPC,InterProcess Communication)

如下图所示:
进程间通信共七种方式:
第一类:传统的unix通信机制:
# 管道( pipe ):管道是一种半双工的通信方式,数据只能单向流动,而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。

# 有名管道 (named pipe) : 有名管道也是半双工的通信方式,但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
# 信号 ( sinal ) : 信号是一种比较复杂的通信方式,用于通知接收进程某个事件已经发生。

第二类:System V IPC: 
# 信号量( semophore ) : 信号量是一个计数器,可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制,防止某进程正在访问共享资源时,其他进程也访问该资源。因此,主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
# 消息队列( message queue ) : 消息队列是由消息的链表,存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
# 共享内存( shared memory ) :共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存,这段共享内存由一个进程创建,但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式,它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制,如信号两,配合使用,来实现进程间的同步和通信。

第三类:BSD 套接字:
# 套接字( socket ) : 套解字也是一种进程间通信机制,与其他通信机制不同的是,它可用于不同及其间的进程通信。


本文介绍IPC之共享内存:
共享内存允许两个或更多进程访问同一块内存,就如同 malloc() 函数向不同进程返回了指向同一个物理内存区域的指针。当一个进程改变了这块地址中的内容的时候,其它进程都会察觉到这个更改进程可以直接读取共享内存,不需要拷贝数据。由于多个进程共享同一块内存区域,必然需要某种同步机制,互斥锁和信号量都可以。
步骤:
共享内存的使用,主要有以下几个API:ftok()、shmget()、shmat()、shmdt()及shmctl()
①创建/打开共享内存
int shmget(key_t key,int size,int shmflag);
例:
key = ftok(".", 'm');
shmid = shmget(key,1024,0666|IPC_CREAT|IPC_EXCL);
参数说明:
key:是这块共享内存的标识符。如果是父子关系的进程间通信的话,这个标识符用IPC_PRIVATE来代替。如果两个进程没有任何关系,所以就用ftok()算出来一个标识符(或者自己定义一个)使用了。
产生key的方法:key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
1)pathname一定要在系统中存在并且进程能够访问的
2)proj_id是一个1-255之间的一个整数值,典型的值是一个ASCII值。如'a',考虑到应用系统可能在不同的主机上应用,可以直接定义一个key,而不用ftok获得:
#define IPCKEY 0x344378
size:申请内存的大小
shmflag:  这块内存的模式(mode)以及权限标识(0666等)。 
模式可取如下值:        
IPC_CREAT 新建(如果已创建则返回目前共享内存的id)
IPC_EXCL   与IPC_CREAT结合使用,如果已创建则则返回错误 
 其他模式略
申请的内存里面为空,即全为0
②映射共享内存,即把指定的共享内存映射到进程的地址空间用于访问
void *shmat( int shmid , char *shmaddr , int shmflag );
例:
void *p;
p=shmat(shmid,NULL,0);
参数说明:
shmid:是那块共享内存的ID。
shmaddr:共享内存映射的起始地址,一般不指定即NULL
shmflag:本进程对该内存的操作模式。如果是SHM_RDONLY的话,就是只读模式。0是读写模式
返回值: 成功时,这个函数返回共享内存的起始地址。失败时返回-1。
③撤销共享内存映射,删除本进程对这块内存的使用
int shmdt(const void* shmaddr);
例:
shmdt(p);
参数说明:
shmaddr:共享内存的起始地址。
返回值:成功时返回0。失败时返回-1。
④删除共享内存对象
int shmctl( int shmid , int cmd , struct shmid_ds *buf );
例:
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);(删除共享内存)
参数说明:
shmid:共享内存的ID。
cmd:控制命令,可取值如下:
        IPC_STAT        得到共享内存的状态
        IPC_SET         改变共享内存的状态
        IPC_RMID        删除共享内存
buf:一个结构体指针。用以保存/设置属性。IPC_STAT的时候,取得的状态放在这个结构体中。如果要改变共享内存的状态,用这个结构体指定。
返回值:成功时返回0。失败时返回-1。
无代码无真相

功能说明:两个进程通过共享内存一个写一个读并打印数据
  1. /*name:writer.c
  2.  *function:写端进程向共享内存写数据
  3.  * */
  4. #include <stdio.h>
  5. #include <stdlib.h>
  6. #include <unistd.h>
  7. #include <errno.h>
  8. #include <signal.h>
  9. #include <string.h>
  10. #include <sys/types.h>
  11. #include <sys/ipc.h>
  12. #include <sys/shm.h>

  13. #define N 64

  14. typedef struct
  15. {
  16.     pid_t pid;
  17.     char buf[N];
  18. } SHM;

  19. void handler(int signo)
  20. {
  21.     //printf("get signal\n");
  22.     return;
  23. }

  24. int main()
  25. {
  26.     key_t key;
  27.     int shmid;
  28.     SHM *p;
  29.     pid_t pid;

  30.     if ((key = ftok(".", 'm')) < 0)
  31.     {
  32.         perror("fail to ftok");
  33.         exit(-1);
  34.     }

  35.     signal(SIGUSR1, handler);//注册一个信号处理函数
  36.     if ((shmid = shmget(key, sizeof(SHM), 0666|IPC_CREAT|IPC_EXCL)) < 0)
  37.     {
  38.         if (EEXIST == errno)//存在则直接打开
  39.         {
  40.             shmid = shmget(key, sizeof(SHM), 0666);
  41.             p = (SHM *)shmat(shmid, NULL, 0);
  42.             pid = p->pid;
  43.             p->pid = getpid();
  44.             kill(pid, SIGUSR1);
  45.         }
  46.         else//出错
  47.         {
  48.             perror("fail to shmget");
  49.             exit(-1);
  50.         }
  51.     }
  52.     else//成功
  53.     {
  54.         p = (SHM *)shmat(shmid, NULL, 0);
  55.         p->pid = getpid();//把自己的pid写到共享内存
  56.         pause();
  57.         pid = p->pid;//得到读端进程的pid
  58.     }

  59.     while ( 1 )
  60.     {
  61.         printf("write to shm : ");
  62.         fgets(p->buf, N, stdin);//接收输入
  63.         kill(pid, SIGUSR1);//向读进程发SIGUSR1信号
  64.         if (strcmp(p->buf, "quit\n") == 0) break;
  65.         pause();//阻塞,等待信号
  66.     }
  67.     shmdt(p);
  68.     shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);//删除共享内存

  69.     return 0;
  70. }
  1. /*name:reader.c
  2.  *function:读端进程从共享内存中读数据
  3.  * */
  4. #include <stdio.h>
  5. #include <stdlib.h>
  6. #include <unistd.h>
  7. #include <errno.h>
  8. #include <signal.h>
  9. #include <string.h>
  10. #include <sys/types.h>
  11. #include <sys/ipc.h>
  12. #include <sys/shm.h>

  13. #define N 64

  14. typedef struct
  15. {
  16.     pid_t pid;
  17.     char buf[N];
  18. } SHM;

  19. void handler(int signo)
  20. {
  21.     //printf("get signal\n");
  22.     return;
  23. }

  24. int main()
  25. {
  26.     key_t key;
  27.     int shmid;
  28.     SHM *p;
  29.     pid_t pid;

  30.     if ((key = ftok(".", 'm')) < 0)
  31.     {
  32.         perror("fail to ftok");
  33.         exit(-1);
  34.     }

  35.     signal(SIGUSR1, handler);//注册一个信号处理函数
  36.     if ((shmid = shmget(key, sizeof(SHM), 0666|IPC_CREAT|IPC_EXCL)) < 0)
  37.     {
  38.         if (EEXIST == errno)//存在则直接打开
  39.         {
  40.             shmid = shmget(key, sizeof(SHM), 0666);
  41.             p = (SHM *)shmat(shmid, NULL, 0);
  42.             pid = p->pid;
  43.             p->pid = getpid();//把自己的pid写到共享内存
  44.             kill(pid, SIGUSR1);
  45.         }
  46.         else//出错
  47.         {
  48.             perror("fail to shmget");
  49.             exit(-1);
  50.         }
  51.     }
  52.     else//成功
  53.     {
  54.         p = (SHM *)shmat(shmid, NULL, 0);
  55.         p->pid = getpid();
  56.         pause();
  57.         pid = p->pid;//得到写端进程的pid
  58.     }

  59.     while ( 1 )
  60.     {
  61.         pause();//阻塞,等待信号
  62.         if (strcmp(p->buf, "quit\n") == 0) exit(0);//输入"quit结束"
  63.         printf("read from shm : %s", p->buf);
  64.         kill(pid, SIGUSR1);//向写进程发SIGUSR1信号
  65.     }

  66.     return 0;
  67. }


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