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分类: LINUX

2016-07-26 19:24:50

一、IPC(Inter-Process Communication,进程间通信)对象的介绍

System V 的IPC对象有共享内存、消息队列、信号灯。



注意:在IPC的通信模式下,不管是使用消息队列还是共享内存,甚至是信号灯,每个IPC的对象都有唯一的名字,称为"键"(key)。通过"键",进程能够识别所用的对象。"键"与IPC对象的关系就如同文件名称于文件,通过文件名,进程能够读写文件内的数据,甚至多个进程能够公用一个文件。而在 IPC的通讯模式下,通过"键"的使用也使得一个IPC对象能为多个进程所共用。

二、共享内存的介绍

<1>共享内存是一种最为高效的进程间通信方式,进程可以直接读写内存,而不需要任何数据的拷贝。

<2>为了在多个进程间交换信息,内核专门留出了一块内存区,可以由需要访问的进程将其映射到自己的私有地址空间。进程就可以直接读写这一块内存而不需要进行数据的拷贝,从而大大提高效率。

<3>由于多个进程共享一段内存,因此也需要依靠某种同步机制。

三、共享内存的特点



四、共享内存的操作流程

<1>创建/打开共享内存
<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
<3>撤销共享内存映射
<4>删除共享内存对象

五、相关API 

A.获取一块共享内存



功能:分配一块共享内存

返回值:

调用成功返回一个shmid(类似打开一个或创建一个文件获得的文件描述符一样);
调用失败返回-1。

参数说明:

<1>key标识共享内存的键值(就像文件的标识是文件名):0  / IPC_PRIVATE。

当key的取值为IPC_PRIVATE,则函数shmget()将创建一块新的共享内存;

如果key的取值为0,而参数shmflg中设置了IPC_CREATE这个标志,则同样创建一块新的共享内存。

通过这种方式分配的共享内存,一般用来亲缘关系的进程间通信。

注意:我们一般是通过ftok这个函数获取键值

功能 : 获取一个IPC对象的键值

参数说明:

pthname就是你指定文件名的路径(该文件必须是存在而且可以访问的),一般情况我们都写一个目录

proj_id  : 和pthname一起完成创建键值的参数,虽然为int,但是只有8个比特被使用。一般我们写一个字符代替。

例如:

案例:


运行的结果:



<2>size是要建立共享内存的长度。所有的内存分配操作都是以页为单位的。所以如果一个进程只申请一块只有一个字节的内存,内存也会分配整整一页(在i386机器中一页的缺省大小PACE_SIZE = 4096字节)。

<3>shmflg有效的标志包括IPC_CREAT 和IPC_EXCL,他们的功能与open()的O_CREAT和O_EXCL相当。

IPC_CREAT      如果共享内存不存在,则创建一个共享内存,否则直接打开已存在的
IPC_EXCL        只有在共享内存不存在的时候,新的共享内存才建立,否则就产生错误



例子一:假设键值为key,创建一个共享内存大小为4k,访问权限为066,如果已经存在则返回其标识号 

int shmid;
if( (shmid = shmget(key,4 * 1024,0666 | IPC_CREAT)) < 0)
{
    perror("Fail to shmget");
    exit(EXIT_FAILURE)
}

例子二、假设键值为key,创建一个共享内存大小为1k,访问权限为0666,如果已经存在则报错

int shmid;
if((shmid  = shmget(key,1024,0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) < 0)
{
    perror("Fail to shmget");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

B.共享内存的映射



函数shmat将标识号为shmid共享内存映射到调用进程的地址空间中。

参数说明:

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0:共享内存可读写。

返回值 :调用成功放回映射后的地址 ,出错放回(void *)-1;

C.取消共享内存与用户进程之间的映射



参数shmaddr是shmat映射成功放回的地址。

注意:当一个进程不再需要共享内存段时,它将调用shmdt()系统调用取消这个段,但是,这并不是从内核真正地删除这个段,而是把相关shmid_ds结构的shm_nattch域的值减1当这个值为0时,内核才从物理上删除这个共享段

D.控制共享内存



参数说明:

shmid  共享内存标识ID

cmd      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  是一个结构体指针。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;



注意:

1.IPC_RMID命令实际上不从内核删除一个段,而是仅仅把这个段标记为删除,实际的删除发生最后一个进程离开这个共享段时

2.当cmd为IPC_RMID时,第三个参数应为NULL。呵呵,大部分我们都是这样做,用这个函数删除共享内存。


案例探究:


点击(此处)折叠或打开

  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>


  8. #define BUFF_SIZE 1024

  9. int father_do_work(int shmid)
  10. {
  11.     char *buf;
  12.     void *shmaddr;
  13.     sem_t *prsem;
  14.     sem_t *pwsem;

  15.     //有名信号量
  16.     if((prsem = sem_open("rsem",O_CREAT,0666,0)) == SEM_FAILED)
  17.     {
  18.         perror("Fail to sem open");
  19.         return -1;
  20.     }
  21.         
  22.         //有名信号量
  23.     if((pwsem = sem_open("wsem",O_CREAT,0666,1)) == SEM_FAILED)
  24.     {
  25.         perror("Fail to sem open");
  26.         return -1;
  27.     }

  28.     //映射共享内存
  29.     if((shmaddr = shmat(shmid,NULL,0)) == (void *)-1)
  30.     {
  31.         perror("Fail to shmat");
  32.         exit(EXIT_FAILURE);
  33.     }

  34.     buf = (char *)shmaddr;

  35.     while(1)
  36.     {
  37.         if(sem_wait(pwsem) < 0)
  38.         {
  39.             perror("Fail to sem wait");
  40.             break;
  41.         }

  42.         printf(">");
  43.         fgets(buf,BUFF_SIZE,stdin);
  44.         buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
  45.         
  46.         if(sem_post(prsem) < 0)
  47.         {
  48.             perror("Fail to sem post");
  49.             break;
  50.         }
  51.         
  52.         if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)
  53.         {
  54.             if(shmdt(shmaddr) < 0)
  55.             {
  56.                 perror("Fail to shmaddr");
  57.                 exit(EXIT_FAILURE);
  58.             }

  59.             break;
  60.         }
  61.     
  62.         usleep(500);
  63.     }
  64.     
  65.     return 0;
  66. }

  67. int child_do_work(int shmid)
  68. {
  69.     char *buf;
  70.     void *shmaddr;
  71.     sem_t *prsem;
  72.     sem_t *pwsem;

  73.     //
  74.     if((prsem = sem_open("rsem",O_CREAT,0666,0)) == SEM_FAILED)
  75.     {
  76.         perror("Fail to sem open");
  77.         return -1;
  78.     }

  79.     if((pwsem = sem_open("wsem",O_CREAT,0666,1)) == SEM_FAILED)
  80.     {
  81.         perror("Fail to sem open");
  82.         return -1;
  83.     }

  84.     //映射共享内存
  85.     if((shmaddr = shmat(shmid,NULL,0)) == (void *)-1)
  86.     {
  87.         perror("Fail to shmat");
  88.         exit(EXIT_FAILURE);
  89.     }

  90.     buf = (char *)shmaddr;

  91.     while(1)
  92.     {
  93.         if(sem_wait(prsem) < 0)
  94.         {
  95.             perror("Fail to prsem");
  96.             break;
  97.         }

  98.         printf("read buf : %s.\n",buf);

  99.         if(sem_post(pwsem) < 0)
  100.         {
  101.             perror("Fail to pwsem");
  102.             break;
  103.         }

  104.         if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)
  105.         {
  106.             if(shmdt(shmaddr) < 0)
  107.             {
  108.                 perror("Fail to shmaddr");
  109.                 exit(EXIT_FAILURE);
  110.             }

  111.             break;
  112.         }
  113.     }
  114.     
  115.     return 0;
  116. }

  117. int main()
  118. {
  119.     int shmid;
  120.     int pid;
  121.     void *shmaddr;
  122.     
  123.     //创建共享内存
  124.     if((shmid = shmget(IPC_PRIVATE,BUFF_SIZE,0666 | IPC_CREAT)) < 0)
  125.     {
  126.         perror("Fail to shmget");
  127.         exit(EXIT_FAILURE);
  128.     }


  129.     if((pid = fork()) < 0)
  130.     {

  131.         perror("Fail to fork");
  132.         exit(EXIT_FAILURE);
  133.     
  134.     }else if(pid == 0){
  135.     
  136.         child_do_work(shmid);
  137.     
  138.     }else{
  139.         
  140.         father_do_work(shmid);
  141.         wait(NULL);

  142.         if(shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL) < 0)
  143.         {
  144.             perror("Fail to shmctl");
  145.             exit(EXIT_FAILURE);
  146.         }
  147.     }

  148.     exit(EXIT_SUCCESS);
  149. }

运行结果:










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