Linux进程IPC浅析[进程间通信SystemV共享内存]

Posted 2020-10-27 zhchoutai

Linux进程IPC浅析[进程间通信SystemV共享内存]

• 共享内存概念,概述
• 共享内存的相关函数

共享内存概念,概述：

共享内存区域是被多个进程共享的一部分物理内存

多个进程都可把该共享内存映射到自己的虚拟内存空间，全部用户空间的进程若要操作共享内存。都要将其映射到自己的虚拟内存空间中。通过映射的虚拟内存空间地址去操作共享内存，从而达到进程间的数据通信

共享内存是进程间共享数据的一种最快的方法。一个进程向共享内存区域写入了数据。共享这个内存区域的全部进程就能够立马看到当中的内容

本身不提供同步机制，可通过信号量进行同步(用信号量进行通知)
提升数据处理效率。一种效率最高的IPC机制

共享内存的属性信息：

struct shmid_ds{
    struct ipc_perm shm_perm;
    size_t shm_segsz; //共享内存大小
    pid_t shm_lpid; //最后一次调用系统调用的进程的pid
    pid_t shm_cpid; //创建者pid
    shmatt_t shm_nattch;//当前成功映射的进程的数量
    time_t shm_atime; //最后一个成功映射的时间
    time_t shm_dtime; //最后一个解除映射的时间
    time_t shm_ctime; //最后一次改变的时间
    ....;
}

共享内存的使用步骤：

使用shmget函数创建共享内存
使用shmat函数映射共享内存。将这段创建的共享内存映射到详细的进程虚拟内存空间中

创建共享内存

#include<sys/shm.h>
int shmget(key_t key,size_t size,int shmflg);
返回：假设成功。返回内核中共享内存的表示ID，假设失败，则返回-1

參数：
key:用户制定的共享内存键值
size_t:共享内存的大小
shmflg:IPC_CREAT,IPC_EXCL等权限
errno:
    EINVAL(无效的内存段)
    EEXIST(内存段已经存在。无法创建)
    EIDRM(内存段已经被删除)
    ENOENT(内存段不存在)
    EACCES(权限不够)
    ENOMEN(没有足够的内存来创建内存段)

对共享内存的控制：

#include<sys/shm.h>
int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf);
返回:成功返回0,出错返回-1
參数：
    shmid：共享内存ID
    buf:共享内存属性指针
cmd:
    IPC_STAT 获取共享内存段属性
    IPC_SET 设置共享内存段属性
    IPC_RMID 删除共享内存段
    SHM_LOCK 锁定共享内存段页面 
    SHM_UNLOCK 解除共享内存段页面的锁定

共享内存的映射和映射的解除:

#include<sys/shm.h>
void* shmat(int shmid,char *shmaddr,int shmflag);
返回：成功返回共享内存映射到进程虚拟内存空间中的地址。失败返回-1,然后通过操作共享内存的地址来进行写操作
int shmdt(char *shmaddr);
返回：假设失败，返回-1
參数：
    shmid:共享内存ID
    shmaddr:映射到进程虚拟内存空间的地址，建议设置为0,由系统分配
    shmflg:若shmaddr设置为0,则shmflag也设置为0
        SHM_RND
        SHMLBA 地址为2的乘方
        SHM_RDONLY 仅仅读方式链接
    errno
        EINVAL 无效的IPC ID值或者无效的地址
        ENOMEN 没有足够内存
        EACCESS 权限不够
        子进程不继承父进程创建的共享内存，大家是共享的，子进程继承父进程映射的地址

下面的代码是通过管道的形式来对共享内存实现同步,一个进程实现对共享内存的写后,通过管道通知另外一个进程去从共享内存中去读取:

/*
 * ===========================================================================
 *
 *       Filename:  tell.h
 *    Description:  
 *        Version:  1.0
 *        Created:  2017年04月16日 10时40分31秒
 *       Revision:  none
 *       Compiler:  gcc
 *         Author:   (), 
 *        Company:  
 *
 * ===========================================================================
 */

#ifndef __TELL_H_
#define __TELL_H_
//初始化管道
extern void pipe_init();
//通知管道
extern void pipe_notify();
//管道堵塞等待
extern void pipe_wait();
//销毁管道
extern void pipe_destory();

#endif

/*
 * ===========================================================================
 *
 *       Filename:  tell.c
 *    Description:  
 *        Version:  1.0
 *        Created:  2017年04月16日 10时42分23秒
 *       Revision:  none
 *       Compiler:  gcc
 *         Author:   (), 
 *        Company:  
 *
 * ===========================================================================
 */

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include"tell.h"
#include<unistd.h>


#define BUFFER_SIZE 1024
//管道的文件描写叙述符号
static int pipe_fd[2];

//初始化管道
extern void pipe_init(){
  if(pipe(pipe_fd) < 0){
    perror("create pipe error\n");
  }
}

//管道等待
extern void pipe_wait(){
  char buffer[BUFFER_SIZE];
  if((read(pipe_fd[0],&buffer,sizeof(buffer))) != 0){
     printf("read content:%s\n",buffer);
  }
}

//通知管道
extern void pipe_notify(){
  ssize_t size;
  char content[] = "notify";
  if((size = write(pipe_fd[1],content,sizeof(content))) !=sizeof(content)){
    perror("write error");
  }
}

//销毁管道
extern void pipe_destory(){
  close(pipe_fd[0]);
  close(pipe_fd[1]);
}

/*
 * ===========================================================================
 *
 *       Filename:  shmtest.c
 *    Description:  
 *        Version:  1.0
 *        Created:  2017年04月16日 10时51分54秒
 *       Revision:  none
 *       Compiler:  gcc
 *         Author:   (), 
 *        Company:  
 *
 * ===========================================================================
 */
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include"tell.h"
#include<sys/shm.h>

#define SHM_BUFFER_SIZE 1024
int main(int argc,char*argv[]){
  pid_t pid;
  int shmid;
  //创建共享内存
  shmid = shmget(IPC_PRIVATE,SHM_BUFFER_SIZE,IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0777);
  if(shmid < 0){
    perror("create share memory error");
  }
  //初始化管道
  pipe_init();
  if((pid = fork()) < 0){

  }else if(pid > 0){
    //父进程运行的时间片
    //父进程进行共享内存的映射
    int* shm_int_pointer = shmat(shmid,0,0);
    if(shm_int_pointer == (int *)-1){
      perror("error");
    }
    //父进程往共享内存中写数据
    *shm_int_pointer = 10;
    *(shm_int_pointer + 1)= 100;
    *(shm_int_pointer + 2) = 1000;

    //取消共享内存的映射
    shmdt(shm_int_pointer);
    //通知子进程
    pipe_notify();
    //管道进行销毁
    pipe_destory();
    wait(0);
  }else{
    //子进程运行的时间片
    //子进程堵塞
    pipe_wait();
    int *shm_int_pointer = shmat(shmid,0,0);
    if(shm_int_pointer == (int *)-1){
      perror("error");
      exit(1);
    }
    int num1 = *shm_int_pointer;
    int num2 = *(shm_int_pointer+1);
    int num3 = *(shm_int_pointer+2);
    printf("num1:%d,num2:%d,num3:%d\n",num1,num2,num3);

    shmdt(shm_int_pointer);
    //删除共享内存
    int shm_ctl_result = shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
    if(shm_ctl_result == -1){
      perror("delete shmctl error");
    }
    pipe_destory();
  }


  return 0;
}

以上部分就是关于共享内存部分的相关简单的调用,代码调试过

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