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ipc----共享内存
回顾消息队列
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define MSG_FIFE "./msgque" #define MSG_LENGTH 200 int msgfid=0;//全局变量 int create_or_get_msgque(void){ key_t key=0; int msgfid=0; /*创建文件目录*/ open(MSG_FIFE,O_RDWR|O_CREAT,0664); /*生成唯一key*/ key=ftok(MSG_FIFE,'a'); /*get:消息队列*/ msgfid=msgget(key,0664|IPC_CREAT); return msgfid; } struct msgbuf { long mtype; /* message type, must be > 0 */ char mtext[MSG_LENGTH]; /* message data */ }; void signal_fun(int signo){ msgctl(msgfid,IPC_RMID,NULL);//不需要存放属性的结构体 exit(-1); } int main(int argc,char** argv){ msgfid=create_or_get_msgque(); if(argc!=2){ exit(-1);} long msg_type=atol(argv[1]); signal(SIGINT,signal_fun); /*创建父子进程进行通信*/ pid_t ret=0; ret=fork(); if(ret>0){//父进程发消息 struct msgbuf msg_buf={0}; while(1){ memset(&msg_buf,0,sizeof(msg_buf)); printf("输入要发送的消息：\n"); scanf("%s",msg_buf.mtext); printf("要通信的对象\n"); scanf("%ld",&msg_buf.mtype); //第四个参数：0阻塞接收，IPC_NOWAIT非阻塞接收 msgsnd(msgfid,&msg_buf,MSG_LENGTH,0); } } else if(ret==0){//子进程接收消息 struct msgbuf msg_buf={0}; while(1){ //msgrcv(msqid, 结构体指针, 结构体长度,\ 编号类型,是否阻塞接收); bzero(&msg_buf,sizeof(msg_buf)); msgrcv(msgfid,&msg_buf,MSG_LENGTH,msg_type,0); write(1,msg_buf.mtext,sizeof(msg_buf.mtext)); } } return 0; } - 1
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共享内存
- 消息队列是OS创建的链表
- 链表的所有节点都是保存在
物理内存上的
消息队列这个链表其实也是OS在物理内存上所开辟的缓存 共享内存就是OS在物理内存中开辟一大段缓存空间,与系统API来读写所不同的是，使用共享内存通信时，进程是
直接使用地址来共享读写的-
直接使用地址来读写缓存时，效率会更高
-
调用API来读写的话:中间必须经过重重的OS函数调用之后，直到调用到最后一个函数时，该函数才会通过地址去读写共享的缓存.
- 中间的调用过程会降低效率
只要能够共享操作同一段缓存，就都可以实现进程间的通信- 1
共享内存原理
------每个进程的虚拟内存严格对应自己的那片物理内存空间 ------虚拟空间的虚拟地址，只和自己的那片物理内存空间的物理地址建立映射关系，和其它进程的物理内存空间没有任何的交集 ------进程空间之间完全独立- 1
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共享内存的思路：让进程空间之间有交集
实现方法
以两个进程使用共享内存来通信为例
- 调用API，让OS在物理内存上开辟出一大段
缓存空间 - 让各自进程空间与开辟出的缓存空间
建立映射关系
虚拟地址和实际物理地址建立一对一的对应关系，使用虚拟地址读写缓存时，虚拟地址最终是要转为物理地址的，转换时就必须参考这个映射关系。1.当多个进程映射并共享同一个空间时，在写数据的时候可能会出现相互干扰 2.这时往往需要加保护措施，让每个进程在没有操作时不要被别人干扰 -----文件锁或信号量- 1
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使用步骤
shm是share memory的缩写
- 进程调用
shmget函数创建新的或获取已有共享内存 - 进程调用
shmat函数，将物理内存映射到自己的进程空间- 说白了就是让虚拟地址和真实物理地址建议
一一对应的映射关系 - 建立映射后，就可以
直接使用虚拟地址来读写共享的内存空间了
- 说白了就是让虚拟地址和真实物理地址建议
shmdt函数，取消映射- 调用
shmctl函数释放开辟的那片物理内存空间
-
多个进程使用共享内存通信时，创建者只需要一个
-
同样的，一般都是谁先运行谁创建，其它后运行的进程直接获取共享使用
大家共享操作同一个内存，即可实现通信。
共享内存函数
shmget()
#include#include //功能：创建新的，或者获取已有的共享内存 int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg); /* 返回值 （a）成功：返回共享内存的标识符，以后续操作 （b）失败：返回-1，并且errno被设置。 */ - 1
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创建的过程其实就是os在物理内存上划出（开辟出）一段物理内存空间出来
参数：
key：用于生成共享内存的标识符
- IPC_PRIVATE：指定这个后，每次调用shmget时都会创建一个新共享内存。
- 自己指定一个长整型数
- 使用ftok函数，通过路径名和一个8位的整形数来生成key值
size：指定共享内存的大小，我们一般要求size是虚拟页大小的整数倍
-
一般来说虚拟页大小是
4k（4096字节）如果你指定的大小不是虚拟页的整数倍，也会自动补成整数倍
semflg：与消息队列一样,指定原始权限和IPC_CREAT
比如0664|IPC_CREAT
总结
shmget(
ftok生成的key,指定shm的大小,0664|IPC_CREAT);使用ipcrm命令删除共享内存
- 按照标识符删除 ipcrm
-m msgid - 按照key值删除 ipcrm
-M key
shmat()
#include#include /*功能： 将shmid所指向的共享内存空间映射到进程空间（虚拟内存空间），并返回映射后的起始地址（虚拟地址）*/ //有了这个地址后，就可以通过这个地址对共享内存进行读写操作 void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg); /*返回值 a）成功：则返回映射地址 b）失败：返回（void *）-1，并且errno被设置*/ - 1
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参数
（a）shmid：共享内存标识符
（b）
shmaddr：指定映射的起始地址- 自己指定映射的起始地址（虚拟地址）
一般不会这么做，因为我们自己都搞不清哪些虚拟地址被用了，哪些没被用
- NULL：表示由内核自己来选择映射的起始地址（虚拟地址）
（c）shmflg：指定映射条件
- 0：以
可读可写的方式映射共享内存 - SHM_RDONLY：以
只读方式映射共享内存
shmdt()
#include#include //功能：取消建立的映射 int shmdt(const void *shmaddr); //返回值：调用成功返回0，失败返回-1，且errno被设置 - 1
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参数
shmaddr：映射的起始地址（虚拟地址）shmctl()
#include#include //功能：根据cmd的要求，对共享内存进行相应控制 //返回值:调用成功0，失败则返回-1，并且errno被设置 int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf); - 1
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参数
- shmid：标识符
- cmd：控制选项
IPC_STAT：从内核获取共享内存属性信息到第三个参数（应用缓存）。 IPC_SET： 修改共享内存的属性。 IPC_RMID：删除共享内存，不过前提是只有当所有的映射取消后，才能删除共享内存 删除时，用不着第三个参数，所以设置为NULL- 1
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- buf的类型为struct shmid_ds
1:cmd为IPC_STAT时: buf用于存储原有的共享内存属性，以供查看。 2:cmd为IPC_SET时: buf中放的是新的属性设置，用于修改共享内存的属性。- 1
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struct shmid_ds { struct ipc_perm shm_perm; /* Ownership and permissions：权限 */ size_t shm_segsz; /* Size of segment (bytes)：共享内存大小 */ time_t shm_atime; /* Last attach time：最后一次映射的时间 */ time_t shm_dtime; /* Last detach time：最后一次取消映射的时间 */ time_t shm_ctime; /* Last change time：最后一次修改属性信息的时间 */ pid_t shm_cpid; /* PID of creator：创建进程的PID */ pid_t shm_lpid; /* PID of last shmat(2)/shmdt(2) ：当前正在使用进程的PID*/ shmatt_t shm_nattch; /* No. of current attaches：映射数量*/ ..};- 1
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程序1
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #define SHMFILE "./shmfile" #define SHMSIZE 4096//4K int shmId=-1; void share_memory_get(){ //int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg); open(SHMFILE,O_RDWR|O_CREAT,0664); key_t key=ftok(SHMFILE,'a'); shmId=shmget(key,SHMSIZE,0664|IPC_CREAT); } char buf[300]={"aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa\ bbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb\ cccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccc\ ddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd"}; int main(void){ void* shmaddr=NULL; share_memory_get(); //建立映射 shmaddr=shmat(shmId,NULL,0);//可读可写 if(shmaddr==(void*)-1){ perror("shmat fails\n"); exit(-1); } while(1){ //参数：目的地址，源地址，内容大小 memcpy(shmaddr,buf,sizeof(buf)); sleep(2); } return 0; } - 1
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#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define SHMFILE "./shmfile" #define SHMSIZE 4096//4K int shmId=-1; void share_memory_get(){ //int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg); open(SHMFILE,O_RDWR|O_CREAT,0664); key_t key=ftok(SHMFILE,'a'); shmId=shmget(key,SHMSIZE,0664|IPC_CREAT); } int main(void){ void* shmaddr=NULL; share_memory_get(); //建立映射 shmaddr=shmat(shmId,NULL,0);//可读可写 if(shmaddr==(void*)-1){ perror("shmat fails\n"); exit(-1); } while(1){ if(strlen((char *)shmaddr)!=0){//有数据 printf("%s\n",(char*)shmaddr); bzero(shmaddr,SHMSIZE); } } return 0; } - 1
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删除共享内存
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define SHMFILE "./shmfile" #define SHMSIZE 4096//4K int shmId=-1; void* shmaddr=NULL; void share_memory_get(){ //int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg); open(SHMFILE,O_RDWR|O_CREAT,0664); key_t key=ftok(SHMFILE,'a'); shmId=shmget(key,SHMSIZE,0664|IPC_CREAT); } char buf[300]={"aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa\ bbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb\ cccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccc\ ddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd"}; /*信号捕获，取消映射*/ void signal_fun(int signo){ //删除前必须取消映射 shmdt(shmaddr); //删除映射(所有映射全删除，内存生效) shmctl(shmId,IPC_RMID,NULL); exit(-1); } int main(void){ share_memory_get(); signal(SIGINT,signal_fun); //建立映射 shmaddr=shmat(shmId,NULL,0);//可读可写 if(shmaddr==(void*)-1){ perror("shmat fails\n"); exit(-1); } while(1){ //参数：目的地址，源地址，内容大小 memcpy(shmaddr,buf,sizeof(buf)); sleep(2); } return 0; } - 1
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#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define SHMFILE "./shmfile" #define SHMSIZE 4096//4K int shmId=-1; void* shmaddr=NULL; void share_memory_get(){ //int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg); open(SHMFILE,O_RDWR|O_CREAT,0664); key_t key=ftok(SHMFILE,'a'); shmId=shmget(key,SHMSIZE,0664|IPC_CREAT); } /*信号捕获，取消映射*/ void signal_fun(int signo){ //删除前必须取消映射 shmdt(shmaddr); //删除映射(所有映射全删除，内存生效) shmctl(shmId,IPC_RMID,NULL); exit(-1); } int main(void){ share_memory_get(); signal(SIGINT,signal_fun); //建立映射 shmaddr=shmat(shmId,NULL,0);//可读可写 if(shmaddr==(void*)-1){ perror("shmat fails\n"); exit(-1); } while(1){ if(strlen((char *)shmaddr)!=0){//有数据 printf("%s\n",(char*)shmaddr); bzero(shmaddr,SHMSIZE); } } return 0; } - 1
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![[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-l2Qbqaha-1669187824066)(/home/guojiawei/.config/Typora/typora-user-images/image-20221122224158285.png)]](https://1000bd.com/contentImg/2024/04/19/2d5721742588f2d9.png)
状态数清零后，才可以把共享内存删了，也就是取消映射只会取消自己的
代码优化
while(1){ if(strlen((char *)shmaddr)!=0){//有数据 printf("%s\n",(char*)shmaddr); bzero(shmaddr,SHMSIZE); } }- 1
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读共享内存的代码:没有数据时，cpu会一直循环的判断,非常浪费cpu资源。
strlen函数只能用于判断字符串 如果对方通过共享内存发送不是字符串，而是结构体、整形、浮点型数据，strlen将无法正确判断。- 1
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保证
写完后再读数据，当共享内存没有数据时，读进程休眠；当写进程把数据写完后，将读进程唤醒
多个进程在操作时，涉及到一个谁先谁后的问题，其实就是
同步问题用信号实现
这里利用有名管道，来实现读取进程符号的目的
有名管道通信过程代码（发送和接收进程号）
- 发送进程号
#include#include #include #include #include #include #include void print_error(char* str){ perror(str); exit(-1); } /*利用有名管道发送进程号*/ void send_pid_mkfifo(void){ //创建有名管道 int ret=0; ret =mkfifo("./fifo",0664); if(ret==-1&& errno != EEXIST) print_error("mkfifo fails\n"); //以只写方式打开有名管道 int fd=0; fd=open("./fifo",O_WRONLY); if(fd==-1) print_error("open fifo fails\n"); //在管道里写自己的进程号 int my_pid=getpid(); ret=write(fd,&my_pid,sizeof(my_pid)); if(ret==-1) print_error("write fails\n"); } int main(void){ send_pid_mkfifo(); return 0; } - 1
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- 接收进程号
#include#include #include #include #include #include #include void print_error(char* str){ perror(str); exit(-1); } /*利用有名管道发送进程号*/ int get_pid_mkfifo(void){ //创建有名管道 int ret=0; ret =mkfifo("./fifo",0664); if(ret==-1&& errno != EEXIST) print_error("mkfifo fails\n"); //以只读方式打开有名管道 int fd=0; fd=open("./fifo",O_RDONLY); if(fd==-1) print_error("open fifo fails\n"); //在管道里写自己的进程号 int pid_in_fifo; ret=read(fd,&pid_in_fifo,sizeof(pid_in_fifo)); if(ret==-1) print_error("read fails\n"); return pid_in_fifo; } int main(void){ int pid=get_pid_mkfifo(); printf("%d\n",pid); return 0; } - 1
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优化后的代码
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define SHMFILE "./shmfile" #define SHMSIZE 4096//4K //全局变量 int shmId=-1; void* shmaddr=NULL; char buf[300]={"aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa\ bbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb\ cccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccc\ ddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd"}; //创建共享内存 void share_memory_get(){ //int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg); open(SHMFILE,O_RDWR|O_CREAT,0664); key_t key=ftok(SHMFILE,'a'); shmId=shmget(key,SHMSIZE,0664|IPC_CREAT); } /*信号捕获，取消映射*/ void signal_fun(int signo){ //删除前必须取消映射 shmdt(shmaddr); //删除映射(所有映射全删除，内存生效) shmctl(shmId,IPC_RMID,NULL); //删除管道文件 remove("./fifo"); //删除共享内存 remove(SHMFILE); exit(-1); } void print_error(char* str){ perror(str); exit(-1); } /*利用有名管道接收进程号*/ int get_pid_mkfifo(void){ //创建有名管道 int ret=0; ret =mkfifo("./fifo",0664); if(ret==-1&& errno != EEXIST) print_error("mkfifo fails\n"); //以只读方式打开有名管道 int fd=0; fd=open("./fifo",O_RDONLY); if(fd==-1) print_error("open fifo fails\n"); //在管道里写自己的进程号 int pid_in_fifo; ret=read(fd,&pid_in_fifo,sizeof(pid_in_fifo)); if(ret==-1) print_error("read fails\n"); return pid_in_fifo; } int main(void){ int get_pid=get_pid_mkfifo(); share_memory_get(); signal(SIGINT,signal_fun); //建立映射 shmaddr=shmat(shmId,NULL,0);//可读可写 if(shmaddr==(void*)-1) print_error("shmaddr fails\n"); while(1){ //参数：目的地址，源地址，内容大小 memcpy(shmaddr,buf,sizeof(buf)); kill(get_pid,SIGUSR1);//唤醒读进程 sleep(1); } return 0; } - 1
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