IO进程线程（十二）进程间通信 共享内存 信号灯集

本文主要是介绍IO进程线程（十二）进程间通信 共享内存 信号灯集，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

一、共享内存 shared memory（shm）

（一）特点

在内核中创建共享内存，让进程A和进程B都能够访问到，通过这段内存进行数据的传递。
共享内存是所有进程间通信方式中效率最高的（不需要来回进行数据的拷贝）

（二） 相关API

1. 创建共享内存

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
功能：创建共享内存
参数：key：键值key 通过ftok获取IPC_PRIVATE：只能用于亲缘进程间的通信size：共享内存的大小  PAGE_SIZE(4k)的整数倍shmflg：共享的标志位IPC_CREAT|0666 或 IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666
返回值：成功 共享内存编号失败 -1 重置错误码

• 注：
• 共享内存大小必须要4k的整数倍，因为一页是4k。如果申请时不要求4
  的整数倍，分配时也是分配4k的整数倍。
• 内核空间越界会直接段错误
• 同一个key值可以同时用于消息队列，共享内存，信号灯集

2. 映射共享内存到当前的进程空间

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
功能：映射共享内存到当前的进程空间
参数：shmid：共享内存编号shmaddr：指定共享内存出现在进程内存地址的什么位置，直接指定为NULL，让系统自动分配shmflg：共享内存操作方式0    读写SHM_RDONLY    只读
返回值：成功 指向共享内存的地址失败 (void *)-1 重置错误码

3. 取消地址映射

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmdt(const void *shmaddr);
功能：取消地址映射
参数：shmaddr：指向共享内存的指针
返回值：成功 0失败 -1 重置错误码

4. 共享内存控制

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
功能：共享内存控制的函数
参数：shmid：共享内存编号cmd：操作的命令码IPC_STAT：获取IPC_SET：设置IPC_RMID：删除共享内存标记要销毁的段。实际上，只有在最后一个进程将其分离之后 (也就是说，关联结构shmid_ds的shm_nattch成员为零时)， 段才会被销毁。调用者必须是段的所有者或创建者，或具有特权。buf参数被忽略。buf：共享内存属性结构体指针
返回值：成功 0失败 -1 重置错误码

（三）使用示例

read.c

#include <my_head.h>#define SHM_PAGE 1024*4
int main(int argc, char const *argv[])
{//获取键值key_t key = ftok("/home/linux/05work",'A');if(-1 == key)ERR_LOG("ftok error");//创建共享内存int shmid = shmget(key, SHM_PAGE,IPC_CREAT|0666);if(-1 == shmid)ERR_LOG("shmget error");//映射共享内存char *addr = (char *)shmat(shmid,NULL,SHM_RDONLY);while(1){getchar();//防止刷屏，回车一次打印一次  if(!strcmp(addr,"quit")){break;}    printf("%s",addr);}//解除映射if(-1 == shmdt(addr)){ERR_LOG("shmid error");}//第三个参数会被忽略if(-1 == shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL)){if(EINVAL == errno){return 0;}ERR_LOG("shmctl error");}return 0;
}

write.c

#include <my_head.h>#define SHM_PAGE 1024*4
int main(int argc, char const *argv[])
{//获取键值key_t key = ftok("/home/linux/05work",'A');if(-1 == key)ERR_LOG("ftok error");//创建共享内存int shmid = shmget(key, SHM_PAGE,IPC_CREAT|0666);if(-1 == shmid)ERR_LOG("shmget error");//映射共享内存char *addr = (char *)shmat(shmid,NULL,0);while(1){printf("请输入要发送的内容:");scanf("%s",addr);if(!strcmp(addr,"quit")){break;}}//解除映射if(-1 == shmdt(addr)){ERR_LOG("shmid error");}//销毁if(-1 == shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL)){if(EINVAL == errno){return 0;}ERR_LOG("shmctl error");}return 0;
}

（四） 属性

struct shmid_ds{struct ipc_perm shm_perm;    //权限结构体size_t shm_segsz;             //共享内存大小，单位是字节 __time_t shm_atime;         //最后一次映射的时间 __pid_t shm_cpid;             //创建共享内存进程的pid __pid_t shm_lpid;             //最后一次操作共享内存进程的pid shmatt_t shm_nattch;         //共享内存映射的次数
};
struct ipc_perm{__key_t __key;                //ftok获取的key__uid_t uid;                 //用户的ID__gid_t gid;                 //组ID__uid_t cuid;                //创建共享内存的用户的ID__gid_t cgid;                //创建共享内存的组的IDunsigned short int mode;     //消息队列的权限
};

二、信号灯集—控制进程间同步

（一）特点

信号灯集：又叫做信号量数组，他是实现进程间同步的机制

在一个信号灯集中可以有很多个信号灯，这些信号灯之间工作相互互不干扰。
一般使用时使用的都是二值信号灯

（二） 相关API

1. 创建一个信号灯集

#include <sys/sem.h>
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
功能：创建一个信号灯集
参数：key：键值IPC_PRIVATE/keynsems：信号灯集合中信号灯的个数semflag：创建的标志位IPC_CREAT|0666 或 IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666
返回值：成功 semid失败 -1  重置错误码

• 补充：使用IPC_PRIVATE创建的IPC对象, key值属性为0，和IPC对象的编号就没有了对应关系。这样毫无关系的进程，就不能通过key值来得到IPC对象的编号（因为这种方式创建的IPC对象的key值都是0）。因此，这种方式产生的IPC对象，和无名管道类似，不能用于毫无关系的进程间通信。但也不是一点用处都没有，仍然可以用于有亲缘关系的进程间通信。

2. 信号灯集控制函数

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);功能：信号灯集的控制函数参数：semid信号灯集的IDsenum:信号灯的编号 从0开始cmd:命令码SETVAL：设置信号灯的值 --->第四个参数val选项GETVAL：获取信号灯的值 --->不需要第四个参数IPC_STAT：获取信号灯集的属性--->第二参数被忽略，第四个参数buf选项IPC_SET ：设置信号灯集的属性--->第二参数被忽略，第四个参数buf选项IPC_RMID：删除信号灯集 第二参数被忽略，第4个参数不用填写 @...:可变参union semun{int val; /* Value for SETVAL */struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */};返回值：成功：GETVAL：成功返回信号灯的值其余的命令码成功返回0失败 -1  重置错误码

• 注：*初始化操作在两个进程中必须只能进行一次，因为进程之间运行是没有顺序的，可以出现其中一个进程已经进行了信号灯集的相关操作后，另一个进程进行初始化而导致出错。

3. 信号灯集的操作函数

int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);功能：信号灯集中信号灯的操作函数参数：semid：信号灯集的编号sops：操作方式struct sembuf{unsigned short sem_num; //信号灯的编号short sem_op; //操作方式（PV）-1:P操作，申请资源 1:V操作，释放资源short sem_flg; //操作的标志位 0：阻塞 IPC_NOWAIT：非阻塞方式操作}nsops：本次操作信号灯的个数返回值：成功 0失败 -1  重置错误码

• 注：同时对多个信号灯进行操作时，可以定义一个结构体数组

（三）封装函数

原生函数直接使用会比较繁琐，因此会做二次封装。

初始化（解决可能重复初始化的问题）：

int sem_init_pack(key_t key, int nsem){int semid = 0;//不存在创建，存在退出返回semidif(-1 == (semid = semget(key,nsem,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666))){if(EEXIST == errno){//已存在导致的错误if((-1 == (semid = semget(key,nsem,IPC_CREAT|0666)))){return -1;}return semid;}else{//不是已存在导致的错误，说明出错return -1;}}//初始化，第一个置1，其余置0if(semctl(semid,0,SETVAL,1)){return -1;}for(int i = 1; i < nsem; i++){if(semctl(semid,i,SETVAL,0)){return -1;}}return semid;
}

单信号灯PV操作

int sem_p_pack(int semid,int semnum){struct sembuf sembuff={.sem_num=semnum,.sem_op=-1,.sem_flg=0};if(-1 == semop(semid,&sembuff,1)){return errno;}return 0;
}int sem_v_pack(int semid,int semnum){struct sembuf sembuff={.sem_num=semnum,.sem_op=1,.sem_flg=0};if(-1 == semop(semid,&sembuff,1)){return errno;}return 0;
}

多信号灯PV操作
传入一个int型数组指针，数组成员就是要进行p操作的信号灯编号

int sem_p_set_pack(int semid, int *semnum, int num){struct sembuf sembuff[num];for(int i=0; i<num; i++){sembuff[i].sem_flg=1;sembuff[i].sem_op=-1;sembuff[i].sem_num=semnum[i];if(-1 == semop(semid,sembuff+i,1)){return errno;}}return 0;
}int sem_v_set_pack(int semid, int *semnum, int num){if(NULL==semnum) return -1;struct sembuf sembuff[num];for(int i=0; i<num; i++){sembuff[i].sem_flg=1;sembuff[i].sem_op=1;sembuff[i].sem_num=semnum[i];if(-1 == semop(semid,sembuff+i,1)){return errno;}}return 0;
}

销毁

int sem_destroy_pack(int semid){if(-1 == semctl(semid,0,IPC_RMID)){//如果出现这个错误说明是已经销毁过了，无视这个错误if(EINVAL == errno){return 0;}//否则就是出错了，返回错误信息printf("semop error:%s",strerror(errno));return -1;}return 0;
}

这篇关于IO进程线程（十二）进程间通信 共享内存 信号灯集的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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