进程间通信—IPC对象通信

一.共享内存（Shared Memory）

• 效率：共享内存是进程间通信效率最高的方式。
  
• 操纵流程：
  
  
  
  • 生成唯一的 key 值。
    
  • 通过 shmget 申请共享内存对象。
    
  • 使用 shmat 将共享内存映射到当地内存。
    
  • 读写共享内存。
    
  • 使用 shmdt 打消映射。
    
  • 使用 shmctl 删除共享内存对象。
    
  
  
• 所需头文件：
  

1. #include <sys/types.h>
2. #include <sys/ipc.h>
3. #include <sys/shm.h>

复制代码

• key值创建方式：
  

                   1.IPC_PRIVATE 固定的私有键值，其值等于 0x0，一般用于有亲缘关系的进程间使                            用。
                   2.ftok()创建暂时键值。

1.ftok 函数：

• 函数原型：key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
  
• 功能：通过该函数可以将pathname指定的路径用来以proj_id生成唯一的暂时键值。
  
• 参数：pathname 路径+名称->任意文件，只要不会被删除重建即可。
             proj_id 整形的数字，一般用ASCII码的单字符。表现与参数1的运算。
  
• 返回值：成功返回唯一键值，失败为-1。
  

2.shmget 函数：

• 函数原型：int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
  
• 功能：使用唯一键值key向内核提出共享内存使用申请。
  
• 参数：key 唯一键值。
             size 要申请的共享内存大小。
             shmflg 申请的共享内存访问权限，八进制表现。
                         假如是第一个申请，则用IPC_CREAT;
                         假如要检测是否存在，用IPC_EXCL。
  
• 返回值：成功返回共享内存id，一般用shmid表现，失败为-1。
  

3.shmat 函数：

• 函数原型：void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
  
• 功能：将指定shmid对应的共享内存映射到当地内存。
  
• 参数：shmid 要映射的当地内存。
             shmaddr 当地可用的地址，假如不确定则用NULL，表现由系统自动分配。
             shmflg 0，表现读写，SHM_RDONLY表现只读。
  
• 返回值：成功返回映射的地址，一般等于shmaddr，失败为-1。
  

4.shmdt 函数：

• 函数原型：int shmdt(const void *shmaddr);
  
• 功能：将当地内存与共享内存断开映射关系。
  
• 参数：shmaddr 要断开的映射地址。
  
• 返回值：成功返回0，失败为-1。
  

5.shmctl 函数：

• 函数原型：int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
  
• 功能：修改共享内存属性，也可以删除指定的共享内存对象。
  
• 参数：shmid 要删除的共享内存对象。
             cmd    IPC_RMID 删除对象的宏。
             buf      NULL表现只删除对象。
  
• 返回值：成功返回0，失败为-1。
  

6.部分题目探究

• 共享内存数据的存储方式是拷贝照旧剪切？
         在共享内存的上下文中，数据的存储方式是拷贝（Copy）。当一个进程写入数据到共享内存时，它实际上是将数据从自己的地址空间复制到共享内存地区。同样地，当进程从共享内存读取数据时，它是从共享内存地区复制数据到自己的地址空间。
  
• 共享内存的数据假如多次不同进程读写会怎么样？
          假如多个进程对同一共享内存地区进行读写操纵，而没有适当的同步机制，那么数据可能会被覆盖。比方，假如进程A和进程B都试图写入同一内存位置，而进程B在进程A写入之后立刻写入相同的位置，那么进程A的写入可能会被进程B的写入覆盖。这可能导致数据不同等和竞态条件。
  
• 进程1 写入共享内存，如何通知进程2 读共享内存？
         为了在进程间进行有效的通信，通常需要使用同步机制来确保数据的同等性和同步。这将引出下面有关信号量集的内容。
  

二.信号量（Semaphore）

• 目的：解决共享内存的临界资源访问题目。
  
• 操纵流程：
  
  
  
  • key值。
    
  • 使用 semget 申请信号量集。
    
  • 初始化信号量（P操纵）。
    
  • 进行PV操纵。
    
  • 删除信号量。
    
  
  

1.semget 函数：

• 函数原型：int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
  
• 功能：通过唯一键值向内核提出信号量申请。
  
• 参数：key 唯一键值。
             nsems 要申请的信号量个数。
             semflg 申请的信号量的访问权限。
  
• 返回值：成功返回semid，失败为-1。
  

2.semop 函数

• 函数原型：int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
  
• 功能：修改指定信号量会合的信号量的值。
  
• 参数：1）semid 信号量集id。
  
             2）struct sembuf
            {
                unsigned short sem_num;  ///信号量会合信号量的编号，默认以0开始
                short             sem_op;   ///信号量的PV操纵，假如改值等于-1则表现p        
                                                                                                     等于1 则表现v
                                                                                                     等于0 则表现阻塞
                short          sem_flg;   ///信号量的操纵方式 0 表现默认阻塞。
                IPC_NOWAIT and SEM_UNDO.
            };
  
            3）nsops 信号量的设置值个数。
  
• 返回值：成功返回0，失败为-1。
  
• 自界说封装：
  
  
  
  • 通常会将以上函数做自界说封装。
    
  
  

1. int my_sem_wait(int id,int sem)
2.         {
3.                 struct sembuf mysem;
4.                 mysem.sem_num = sem;
5.                 mysem.sem_op  = -1;
6.                 mysem.flg          = 0;
8.                 if(semop(id,&mysem,1) < 0)
9.                         return -1;
10.                 else
11.                         return 0;
12.         }
14. int my_sem_post(int id,int sem)
15.         {
16.                 struct sembuf mysem;
17.                 mysem.sem_num = sem;
18.                 mysem.sem_op  = 1;
19.                 mysem.flg          = 0;
21.                 if(semop(id,&mysem,1) < 0)
22.                         return -1;
23.                 else
24.                         return 0;
25.         }

复制代码

3.semctl 函数：

• 函数原型：int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
  
• 功能：根据semid删除指定的信号量集。
  
• 参数：semid 要删除的信号量集。
             semnum 要删除的信号量会合的信号量的编号。
             cmd  IPC_RMID  删除对象宏。
             ...    可变长参数，可以不写。
  
• 返回值：成功返回0，失败为-1。
  

三.消息队列（Message Queue）

• 敬请等待。。。。。。
  

四.辅助命令

• ipcs -a：查询共享内存、信号量集、消息队列。
  
• ipcrm -s：删除信号量集。
  
• ipcrm -m：删除共享内存。
  

五.代码示例

1. //shm_w.c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>
2. #include <sys/ipc.h>
3. #include <sys/shm.h>#include <string.h>int main(int argc, char *argv[]){    key_t key = ftok("./",'!');        if(-1 == key)    {        perror("ftok");        exit(1);    }    printf("key is 0x%x\n",key);    int shmid = shmget(key,4096,IPC_CREAT|0666);    if(-1 == shmid)    {        perror("shmget");        exit(1);    }    void* p =  shmat(shmid,NULL,!SHM_RDONLY);    if((void *) -1 == p )    {        perror("shmat");        exit(1);    }    strcpy((char*)p,"hello,this is shm test");    shmdt(p);    return 0;}//shm_r.c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>
4. #include <sys/ipc.h>
5. #include <sys/shm.h>#include <string.h>int main(int argc, char *argv[]){    key_t key = ftok("./",'!');        if(-1 == key)    {        perror("ftok");        exit(1);    }    printf("key is 0x%x\n",key);    int shmid = shmget(key,4096,IPC_CREAT|0666);    if(-1 == shmid)    {        perror("shmget");        exit(1);    }    void* p =  shmat(shmid,NULL,!SHM_RDONLY);    if((void *) -1 == p )    {        perror("shmat");        exit(1);    }   // strcpy((char*)p,"hello,this is shm test");   printf("mem is %s\n",(char*)p);    shmdt(p);    //shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);    return 0;}

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