【Linux】进程间通信——System V IPC

向右看齐 2021-11-16 15:48 352阅读 0赞

IPC即进程间通信

#### System V 共享内存 ####

*  **共享内存示意图：**  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x5XzY2OTk_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
    由上图可看出共享内存的生命周期一定随内核，所以我们必须手动删除申请的共享内存段。并且共享内存无法提供同步与互斥机制，我们需要自己去维护。不过因为共享内存直接在物理内存中进行操作，不需要多次的相互拷贝，所以它也是进程间通信最快的一种方式。
 *  **共享内存函数：** shm - shared memory  
    \#include<sys/types.h>  
    \#include <sys/ipc.h>  
    \#include<sys/shm.h>

shmget 函数  
功能：用来创建共享内存，即在物理内存上开辟空间

> 原型：int shmget(key\_t key,size\_t size,int shmflg);  
> 参数：key- 由ftok() 生成的共享内存段的名字  
> size- 共享内存的大小，以页为单位（1页=4k）  
> shmflg- 权限标志构成，一般用IPC\_CREAT | IPC\_EXCL 保证共享内存一定存在  
> 返回值：成功就返回共享内存段的标识码shmid，失败返回-1

ftok()函数可生成共享内存段名字用于唯一标识共享内存段，方便OS管理共享区，同时使两个进程获得同一段共享内存。

shmat 函数  
功能：创建进程地址空间与共享内存的映射关系

> 原型：void \*shmat(int shmid,const void \*shmaddr,int shmflg);  
> 参数：shmid- 共享内存标识  
> shmaddr- 指定连接的地址，一般设置为NULL（OS自动分配）  
> 返回值：成功就返回指向共享内存第一个节的指针，失败返回-1

shmdt 函数  
功能：将共享内存与当前进程脱离（并非删除共享内存段）

> 原型：int shmdt(const void\*shmaddr);  
> 参数：shmaddr- 由shmat所返回的指针  
> 返回值：成功返回0，失败返回-1

shmctl 函数  
功能：控制共享内存可用于删除共享内存段

> 原型：int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid\_ds \*buf);  
> 参数：cmd- 将要采取的三个动作（一般用IPC\_RMID删除共享内存段）  
> 返回值：成功返回0，失败返回-1

*  实例演示  
    client.c

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/shm.h>
    
    #define PATH "/tmp"
    #define PRJ_ID 0x6666
    #define SIZE 4096
    int main()
    {
    	key_t k=ftok(PATH,PRJ_ID);  //得到共享内存段
    	if(k<0)
    	{
    		printf("ftok error\n");
    		return 1;
    	}
    	int shmid=shmget(k,SIZE,0);
    	if(shmid<0)
    	{
    		printf("shmget error\n");
    		return 2;
    	}
    	char *p=(char*)shmat(shmid,NULL,0); //创建映射关系
    	int i=0;
    	while(i<SIZE)
    	{
    		p[i]='a'+i;   //写入共享内存段
    		i++;
    		p[i]=0;
    		sleep(1);
    	}
    	shmdt(p);   //脱离映射
    	return 0;
    }

server.c

int main()
    {
    	key_t k=ftok(PATH,PRJ_ID);
    	if(k<0)
    	{
    		printf("ftok error\n");
    		return 1;
    	}
    	int shmid=shmget(k,SIZE,IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0644);  //创建共享内存段
    	if(shmid<0)
    	{
    		printf("shmget error\n");
    		return 2;
    	}
    	char* p=(char*)shmat(shmid,NULL,0);   //建立映射
    	int i=0;
    	while(i<SIZE)
    	{
    		printf("client# %s\n",p);   //读取共享区数据
    		sleep(1);
    		++i;
    	}
    	shmdt(p);   //脱离映射
    	//shmctl(shm_id,IPC_RMID,NULL);  //删除IPC资源 
    	return 0;
    }

运行结果如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x5XzY2OTk_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
但是再次申请共享内存时，发现失败了，原因在于我们没有释放掉原来的共享内存空间。  
![在这里插入图片描述][20190729162104815.png]  
我们可以通过`ipcs -m`看到创建共享内存挂载的两个权限为644的进程。  
**因此释放共享内存很重要！！**

> 释放共享内存的方法：  
> 用函数在创建共享内存的一端删除：`shmctl(shm_id,IPC_RMID,NULL);`  
> 用命令在命令行操作：`ipcrm -m shmid`  
> ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x5XzY2OTk_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

这里我们可以了解一下下面两个选项

*  字节 — bytes：因为共享内存以页为单位，所以bytes一般是4096的整数倍
 *  nattch — 当前共享内存上挂载的进程数，如果一方单独脱离则挂载数会变成1

#### system V 消息队列 ####

*  消息队列提供了从一个进程向另一个进程发送一块数据的方法
 *  每个数据块都被认为有一个类型（用于标识是否自己的数据块），接收者进程接收的数据块可以有不同的类型值
 *  特性：IPC资源必须手动删除
 *  msgget() 可用于创建消息队列
 *  msgctl() 可用于删除消息队列

#### system V 信号量 ####

信号量主要用于同步互斥机制。信号量本质是一个用于描述临界资源数目的计数器，所以它在自增(V操作) 自减(P操作)时必须保证原子性。  
所谓二元（两种状态）信号量就是指互斥锁。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x5XzY2OTk_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20211116/89b96a84448c4ab5b1a641aca31cf020.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x5XzY2OTk_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20211116/e8ae7968f76544c9963fe70f7add668a.png
[20190729162104815.png]: /images/20211116/3789bd5aedf04cd0a58f667e645a0e71.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x5XzY2OTk_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20211116/f97854cb19734e6581d3132ecaf36dae.png