C实现进程间通信（管道； 共享内存，信号量）

Posted 2020-12-07 hongbo-tao

最近学习了操作系统的并发；以下是关于进程间实现并发，通信的两个方法。

 

例子：

求100000个浮点数的和。要求：

（1）随机生成100000个浮点数（父进程）。

（2）然后创建4个后代进程，分别求25000个浮点数的和。

（3）父进程对4个后代进程的结果求和。

（4）每个子进程在屏幕上以格式“(ID_k) Child_k sum: XXX”打印信息，

          其中k的取值为1～4，代表子进程的编号，ID_k表示第k个子进程的ID，XXX是该子进程计算的结果。

（5）父进程在屏幕上以格式 “（ID）Parent direct sum：YYY， sum from children: ZZZ”打印信息，

          其中ID表示父进程的ID，YYY为直接由100000个随机数求和的值，ZZZ为把4个子进程的结果相加的值。

 

 

1:利用管道进行进程间的通信

用到下列函数

 pipe() from unistd.h

 sleep() 

 write(), read() 

 fork(); //创建子进程

 

管道只能用于具有亲缘关系的进程，可以将其看作一个文件，但有别于普通的文件， 管道一次只可以被一个进程访问，能实现互斥；

pipe(int fd[] ), 其参数为长度为2的int数组，分别代表读端fd[0], 写端fd[1], 在创建管道后，f d[0],fd[1]成为文件描述符；

写入（write）管道一端fd[1]的数据，在管道的另一端fd[0]可以被进程读取(read)；

代码在这里

 

2:利用共享内存实现通信， 信号量实现互斥

共享内存使用了以下函数：

int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);  //创建或打开共享内存， 返回文件描述符

int ftruncate(int fd, off_t FILE_SIZE);  //调整共享内存空间大小

void* mmap ( void * addr , size_t len , int prot , int flags , int fd , off_t offset ) //将文件映射到进程的地址空间，返回指向地址空间的指针

int munmap(void *start, size_t length); //解除地址映射

int shm_unlink(const char *name); //删除shm_open()创建的共享内存

函数具体用法，可见链接，讲述的很详细了；

 

具体思路：

一：实现进程间的通信，无非就是各进程间数据的交流，传输；

1、shm_open()函数是创建或打开一个已存在(唯一的name)的共享内存，返回文件描述符，可以看作是创建或打开了一个文件，说法不同而已

2、ftruncate()函数用于指定文件(fd)有多大

3、关键步骤就是mmap()，它将指定的文件(fd)或其他对象映射到内存， 得到可以直接操作的指针对象,不需调用write, read等

 4、然后就是在使用完成后需要解除映射munmap()， 和删除创建的共享内存(name)shm_unlink(),; 对于做打开共享内存操作的进程，也需要执行这些操作（1，2，3，4）

 

二：然后使用信号量实现互斥：

互斥的意思为：当一个进程在临界区访问共享资源时，其他进程不能进入该临界区访问任何共享资源

临界区代表进程将访问共享资源的一段代码

当我们在向共享区写入数据时，显然不想多个进程同时访问，因为会造成不必要的麻烦，就需要信号量来实现这种互斥的机制

 

sem_t *sem_open(const char *name,int oflag, mode_t mode,unsigned int value)  //创建或打开一个存在的（name）信号量

int sem_wait(sem_t *sem) // 使信号量(value)减1，若信号量小于0，则阻塞执行semwait()的进程

临界区代码一般存在于这两个调用之间，比如：当前进程向共享区写数据，如受到sem_wait阻塞，表示资源已经用尽或其他进程正在访问，需等待

int sem_post(sem_t *sem) // 当前进程离开临界区时，使信号量(value)加1，

int sem_unlink(count char *name) //删除信号量

函数具体用法，可见链接，讲述的很详细了；

 代码在这里

 

需要注意的是：

1:在使用共享内存和信号量时要注意，有些调用是使用的共享内存和信号量的name, 但有些是使用的创建或打开他们的返回值(fd和sem_t*)

2:如在子进程创建之前，父进程已创建了共享内存或信号量，则子进程无需在进行打开操作，可直接使用