IO进程线程（十二）进程间通信共享内存信号灯集

2024-06-11 04:58:01
开发
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一、共享内存 shared memory（shm）
二、信号灯集---控制进程间同步

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）
在这里插入图片描述

（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ID
    unsigned 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/key
    nsems：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ID
    senum: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semid
    if(-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0
    if(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;
}

原文地址:https://blog.csdn.net/weixin_44254079/article/details/139579279 本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：https://www.suanlizi.com/kf/1800271221548519424.html 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系《酸梨子》网邮箱：1419361763@qq.com进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

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