linux进程间通信--共享内存

共享内存 :内核空间预留出来的一块内存，用于进程间通信

共享内存是一种最高效的进程间通信方式，因为进程可以直接读写内存，不需要任何数据的复制，为了在进程间交换信息，内核专门留出了一块内存区，这段内存可以由要访问的进程将其映射到自己的私有地址空间，因此，进程就可以直接读写这一内存而不需要进行数据的复制，从而大大提高了效率，当然，由于多个进程共享一段内存，因此也需要依靠某种同步机制，如互斥锁和信号量等

(1)int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

功能:获取共享内存段的ID

参数:
　　@key IPC_PRIVATE 或 ftok()
　　@size 申请的共享内存段大小 [4k的倍数]
　　@shmflg IPC_CREAT | 0666 或 IPC_CREAT | IPC_EXCL

返回值:
成功返回ID,失败返回-1

(2)void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
功能:映射共享内存到用户空间
参数:
@shmid 共享内存段ID
@shmaddr NULL:系统自动完成映射
@shmflg：   SHM_RDONLY:只读   0:读写
返回值:
成功返回映射后的地址，失败返回(void *)-1

(3)int shmdt(const void *shmaddr);
功能:撤销映射
参数:
@shmaddr 共享内存映射的地址

注意:当一个进程结束的时候，它映射共享内存，会自动撤销映射

(4)int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
功能:根据命令控制共享内存
参数:
@shmid 共享内存段的ID
@cmd IPC_STAT[获取属性],IPC_SET[设置属性],IPC_RMID[删除IPC对象]
@buf 保存属性
返回值:
成功返回0,失败返回 -1

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注意:当我们调用shmctl删除共享内存的时候,并不会立即删除。只有当共享内存映射
次数为0,才会删除共享内存对象
-----------------------------------------------------------------------------

实例如下：

shm_r.c

#define SHM_SIZE 4096

typedef struct{
　　int read_flag;
　　int write_flag;
　　char mtxt[1];//标示数据存放地址
}data_t;

int shm_init(const char *pathname,int id)
{
　　int shmid;
　　key_t key;

　　key = ftok(pathname,id);
　　if(key < 0){
　　　　fprintf(stderr,"Fail to ftok : %s! ",strerror(errno));
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　shmid = shmget(key,SHM_SIZE,IPC_CREAT | 0666);
　　if(shmid < 0){
　　　　fprintf(stderr,"Fail to shmget : %s ",strerror(errno));
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　return shmid;
}

void read_shm(void *addr)
{
　　data_t *pdata;
　　pdata = (data_t *)addr;

　　pdata->read_flag = 0;
　　pdata->write_flag = 1;

while(1){
　　　　if(pdata->read_flag){
　　　　printf("Read : %s! ",pdata->mtxt);
　　　　pdata->write_flag = 1;
　　　　pdata->read_flag = 0;
　　}
　}

}

//./a.out pathname
int main(int argc, const char *argv[])
{
　　int shmid;
　　void *addr;

　　if(argc < 2){
　　　　fprintf(stderr,"Usage : %s <pathname> ",argv[0]);
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　shmid = shm_init(argv[1],'k');
　　addr = (void *)shmat(shmid,NULL,0);
　　if(addr == (void *)-1){
　　　　fprintf(stderr,"Fail to shmat : %s ",strerror(errno));
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　read_shm(addr);

　　return 0;
}

 

shm_w.c

#define SHM_SIZE 4096

typedef struct{
　　int read_flag;
　　int write_flag;
　　char mtxt[1];//标示数据存放地址
}data_t;

int shm_init(const char *pathname,int id)
{
　　int shmid;
　　key_t key;

　　key = ftok(pathname,id);
　　if(key < 0){
　　　　fprintf(stderr,"Fail to ftok : %s! ",strerror(errno));
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　shmid = shmget(key,SHM_SIZE,IPC_CREAT | 0666);
　　if(shmid < 0){
　　　　fprintf(stderr,"Fail to shmget : %s ",strerror(errno));
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　return shmid;
}

void write_shm(void *addr)
{
　　data_t *pdata;
　　pdata = (data_t *)addr;

　　pdata->read_flag = 0;
　　pdata->write_flag = 1;

　　while(1){
　　　　if(pdata->write_flag){
　　　　fgets(pdata->mtxt,SHM_SIZE - 8,stdin);//读写标志共占8个字节
　　　　pdata->mtxt[strlen(pdata->mtxt) - 1] = ' ';

　　　　pdata->write_flag = 0;
　　　　pdata->read_flag = 1;
}
}

}

//./a.out pathname
int main(int argc, const char *argv[])
{
　　int shmid;
　　void *addr;

　　if(argc < 2){
　　　　fprintf(stderr,"Usage : %s <pathname> ",argv[0]);
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　shmid = shm_init(argv[1],'k');
　　addr = (void *)shmat(shmid,NULL,0);
　　if(addr == (void *)-1){
　　　　fprintf(stderr,"Fail to shmat : %s ",strerror(errno));
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　write_shm(addr);

　　return 0;
}

运行并执行shm_w.c

运行并执行shm_r.c

思路还是比较简单

上面的代码可以改进吗？

这段代码涉及到信号量的知识，可以查看：linux进程间通信--信号量

先引进：

sem.c

union semun {
　　int val; /* Value for SETVAL */
　　struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
　　unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */
　　struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO(Linux-specific) */
};

void init_sem_value(int sem_id,int sem_num,int value)
{
　　union semun sem_val;

　　sem_val.val = value;

　　if(semctl(sem_id,sem_num,SETVAL,sem_val) < 0)
　　{
　　　　perror("Fail to semctl");
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　return ;
}

int init_sems(const char *filename,int nsem)
{
　　key_t key;
　　int sem_id;

　　key = ftok(filename,'b');
　　if(key < 0){
　　　　perror("Fail to ftok");
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　sem_id = semget(key,nsem,IPC_CREAT|IPC_EXCL| 0666);
　　if(sem_id < 0)
　　{
　　//已经存在
　　if(errno == EEXIST)
　　{
　　　　//重新获得ID
　　　　sem_id = semget(key,nsem,IPC_CREAT | 0666);

　　}else{
　　　　//其他错误
　　　　perror("Fail to semget");
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}　　

//不存在，创建好后，初始化
　}else{

　　init_sem_value(sem_id,0,0);//0号信号灯初始化为0
　　init_sem_value(sem_id,1,1);//1号信号灯初始化为1
 }

return sem_id;
}

void P(int sem_id,int sem_num)
{
　　struct sembuf sem;

　　sem.sem_num = sem_num;
　　sem.sem_op = -1;
　　sem.sem_flg = 0;

　　if(semop(sem_id,&sem,1) < 0)
　　{
　　　　perror("Fail to semop for P ");
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　return ;
}

void V(int sem_id,int sem_num)
{
　　struct sembuf sem;

　　sem.sem_num = sem_num;
　　sem.sem_op = 1;
　　sem.sem_flg = 0;

　　if(semop(sem_id,&sem,1) < 0)
　　{
　　　　perror("Fail to semop for V ");
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　return ;
}

 

shm_r.c修改如下：

#define SHM_SIZE 4096

int shm_init(const char *pathname,int id)
{
　　int shmid;
　　key_t key;

　　key = ftok(pathname,id);
　　if(key < 0){
　　　　fprintf(stderr,"Fail to ftok : %s! ",strerror(errno));
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　shmid = shmget(key,SHM_SIZE,IPC_CREAT | 0666);
　　if(shmid < 0){
　　　　fprintf(stderr,"Fail to shmget : %s ",strerror(errno));
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　return shmid;
}

void read_shm(void *addr,int semid)
{
　　char *pdata;
　　pdata = (char *)addr;

while(1){
　　//P操作读资源
　　P(semid,0);//申请读资源

　　printf("Read : %s! ",pdata);
　　//V操作写资源
　　V(semid,1);//释放写资源
　}

}

//./a.out pathname
int main(int argc, const char *argv[])
{
　　int shmid;
　　int semid;
　　void *addr;

　　if(argc < 2){
　　　　fprintf(stderr,"Usage : %s <pathname> ",argv[0]);
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　shmid = shm_init(argv[1],'k');
　　addr = (void *)shmat(shmid,NULL,0);
　　if(addr == (void *)-1){
　　　　fprintf(stderr,"Fail to shmat : %s ",strerror(errno));
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　//信号灯集
　　semid = init_sems(argv[1],2);

　　read_shm(addr,semid);

　　return 0;
}

 

shm_w.c修改如下：

#define SHM_SIZE 4096

int shm_init(const char *pathname,int id)
{
　　int shmid;
　　key_t key;

　　key = ftok(pathname,id);
　　if(key < 0){
　　　　fprintf(stderr,"Fail to ftok : %s! ",strerror(errno));
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　shmid = shmget(key,SHM_SIZE,IPC_CREAT | 0666);
　　if(shmid < 0){
　　　　fprintf(stderr,"Fail to shmget : %s ",strerror(errno));
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　return shmid;
}

void write_shm(void *addr,int semid)
{
　　char *data = (char *)addr;

　　while(1){
　　　　P(semid,1);
　　　　fgets(data,SHM_SIZE,stdin);
　　　　data[strlen(data) - 1] = ' ';
　　　　V(semid,0);
　　}
}

//./a.out pathname
int main(int argc, const char *argv[])
{
　　int shmid;
　　int semid;
　　void *addr;

　　if(argc < 2){
　　　　fprintf(stderr,"Usage : %s <pathname> ",argv[0]);
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
　　}

　　shmid = shm_init(argv[1],'k');
　　addr = (void *)shmat(shmid,NULL,0);
　　if(addr == (void *)-1){
　　　　fprintf(stderr,"Fail to shmat : %s ",strerror(errno));
　　　　exit(EXIT_FAILURE);
}

　　semid = init_sems(argv[1],2);

　　write_shm(addr,semid);

　　return 0;
}

 运行结果如上