进程间通信IPC之--共享内存

阳光穿透心脏的1/2处 2022-08-10 06:26 267阅读 0赞

每个进程各自有不同的用户地址空间，任何一个进 程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程之间要交换数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲 区，进程1把数据从用户空间拷到内核缓冲区，进程2再从内核缓冲区把数据读走，内核提供的这种机制称为进程间通信（IPC，InterProcess Communication）

如下图所示：

[![25365622_1326810872K240.jpg][]][25365622_1326810872K240.jpg]

进程间通信共七种方式：

第一类：传统的unix通信机制：

\# 管道( pipe )： 管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。  
\# 有名管道 (named pipe) ： 有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。

\# 信号 ( sinal ) ： 信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。

第二类：System V IPC：   
\# 信号量( semophore ) ： 信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。  
\# 消息队列( message queue ) ： 消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。  
\# 共享内存( shared memory ) ：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号两，配合使用，来实现进程间的同步和通信。

第三类：BSD 套接字：

\# 套接字( socket ) ： 套解字也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同及其间的进程通信。

![2.gif][]

本文介绍IPC之共享内存：

共享内存允许两个或更多进程访问同一块内存，就如同 malloc() 函数向不同进程返回了指向同一个物理内存区域的指针。当一个进程改变了这块地址中的内容的时候，其它进程都会察觉到这个更改。进程可以直接读取共享内存，不需要拷贝数据。 由于多个进程共享同一块内存区域，必然需要某种同步机制，互斥锁和信号量都可以。

步骤：

共享内存的使用，主要有以下几个API：ftok()、shmget()、shmat()、shmdt()及shmctl()

①创建/打开共享内存

int shmget(key\_t key,int size,int shmflag);

例：

key = ftok(".", 'm');

shmid = shmget(key,1024,0666| IPC\_CREAT|IPC\_EXCL );

参数说明：

key： 是这块共享内存的标识符。如果是父子关系的进程间通信的话，这个标识符用IPC\_PRIVATE来代替。如果两个进程没有任何关系，所以就用ftok()算出来一个标识符（或者自己定义一个）使用了。

产生key的方法：key\_t ftok(const char \*pathname, int proj\_id);

1）pathname一定要在系统中存在并且进程能够访问的

2）proj\_id是一个1－255之间的一个整数值，典型的值是一个ASCII值。如'a'， 考虑到应用系统可能在不同的主机上应用，可以直接定义一个key，而不用ftok获得：

\#define IPCKEY 0x344378

size：申请内存的大小

shmflag:   这块内存的模式(mode)以及权限标识（0666等）。

模式可取如下值：          
IPC\_CREAT 新建（如果已创建则返回目前共享内存的id）  
IPC\_EXCL   与IPC\_CREAT结合使用，如果已创建则则返回错误

其他模式略

申请的内存里面为空，即全为0

②映射共享内存，即把指定的共享内存映射到进程的地址空间用于访问

void \*shmat( int shmid , char \*shmaddr , int shmflag );

例：

void \*p;

p=shmat(shmid,NULL,0);

参数说明：

shmid:是那块共享内存的ID。

shmaddr: 共享内存映射的起始地址, 一般不指定即NULL

shmflag： 本进程对该内存的操作模式。如果是SHM\_RDONLY的话，就是只读模式。0是读写模式

返回值：  成功时，这个函数返回共享内存的起始地址。失败时返回-1。

③撤销共享内存映射，删除本进程对这块内存的使用

int shmdt(const void\* shmaddr);

例：

shmdt(p);

参数说明：

shmaddr: 共享内存的起始地址。

返回值： 成功时返回0。失败时返回-1。

④删除共享内存对象

int shmctl( int shmid , int cmd , struct shmid\_ds \*buf );

例：

shmctl(shmid, IPC\_RMID, NULL);(删除共享内存)  
 参数说明：

shmid:共享内存的ID。  
cmd:控制命令，可取值如下：  
        IPC\_STAT        得到共享内存的状态  
        IPC\_SET         改变共享内存的状态  
        IPC\_RMID        删除共享内存  
buf：一个结构体指针。用以保存/设置属性。IPC\_STAT的时候，取得的状态放在这个结构体中。如果要改变共享内存的状态，用这个结构体指定。  
 返回值：成功时返回0。失败时返回-1。

无代码无真相 ![8.gif][]

功能说明：两个进程通过共享内存一个写一个读并打印数据

1.  /\*name:writer.c  
    
2.   \*function:写端进程向共享内存写数据  
    
3.   \* \*/  
    
4.  \#include <stdio.h>  
    
5.  \#include <stdlib.h>  
    
6.  \#include <unistd.h>  
    
7.  \#include <errno.h>  
    
8.  \#include <signal.h>  
    
9.  \#include <string.h>  
    
10. \#include <sys/types.h>  
    
11. \#include <sys/ipc.h>  
    
12. \#include <sys/shm.h>  
    
13.   
    
14. \#define N 64  
    
15.   
    
16. typedef struct   
    
17. \{   
    
18.     pid\_t pid;  
    
19.     char buf\[N\];  
    
20. \} SHM;  
    
21.   
    
22. void handler(int signo)  
    
23. \{   
    
24.     //printf("get signal\\n");  
    
25.     return;  
    
26. \}  
    
27.   
    
28. int main()  
    
29. \{   
    
30.     key\_t key;  
    
31.     int shmid;  
    
32.     SHM \*p;  
    
33.     pid\_t pid;  
    
34.   
    
35.     if ((key = ftok(".", 'm')) < 0)  
    
36.     \{   
    
37.         perror("fail to ftok");  
    
38.         exit(\-1);  
    
39.     \}  
    
40.   
    
41.     signal(SIGUSR1, handler);//注册一个信号处理函数  
    
42.     if ((shmid = shmget(key, sizeof(SHM), 0666|IPC\_CREAT|IPC\_EXCL)) < 0)  
    
43.     \{   
    
44.         if (EEXIST == errno)//存在则直接打开  
    
45.         \{   
    
46.             shmid = shmget(key, sizeof(SHM), 0666);  
    
47.             p = (SHM \*)shmat(shmid, NULL, 0);  
    
48.             pid = p\->pid;  
    
49.             p\->pid = getpid();  
    
50.             kill(pid, SIGUSR1);  
    
51.         \}  
    
52.         else//出错  
    
53.         \{   
    
54.             perror("fail to shmget");  
    
55.             exit(\-1);  
    
56.         \}  
    
57.     \}  
    
58.     else//成功   
    
59.     \{   
    
60.         p = (SHM \*)shmat(shmid, NULL, 0);  
    
61.         p\->pid = getpid();//把自己的pid写到共享内存  
    
62.         pause();  
    
63.         pid = p\->pid;//得到读端进程的pid  
    
64.     \}  
    
65.   
    
66.     while ( 1 )  
    
67.     \{   
    
68.         printf("write to shm : ");  
    
69.         fgets(p\->buf, N, stdin);//接收输入  
    
70.         kill(pid, SIGUSR1);//向读进程发SIGUSR1信号  
    
71.         if (strcmp(p\->buf, "quit\\n") == 0) break;  
    
72.         pause();//阻塞，等待信号  
    
73.     \}  
    
74.     shmdt(p);  
    
75.     shmctl(shmid, IPC\_RMID, NULL);//删除共享内存  
    
76.   
    
77.     return 0;  
    
78. \}

1.  /\*name:reader.c  
    
2.   \*function:读端进程从共享内存中读数据  
    
3.   \* \*/  
    
4.  \#include <stdio.h>  
    
5.  \#include <stdlib.h>  
    
6.  \#include <unistd.h>  
    
7.  \#include <errno.h>  
    
8.  \#include <signal.h>  
    
9.  \#include <string.h>  
    
10. \#include <sys/types.h>  
    
11. \#include <sys/ipc.h>  
    
12. \#include <sys/shm.h>  
    
13.   
    
14. \#define N 64  
    
15.   
    
16. typedef struct   
    
17. \{   
    
18.     pid\_t pid;  
    
19.     char buf\[N\];  
    
20. \} SHM;  
    
21.   
    
22. void handler(int signo)  
    
23. \{   
    
24.     //printf("get signal\\n");  
    
25.     return;  
    
26. \}  
    
27.   
    
28. int main()  
    
29. \{   
    
30.     key\_t key;  
    
31.     int shmid;  
    
32.     SHM \*p;  
    
33.     pid\_t pid;  
    
34.   
    
35.     if ((key = ftok(".", 'm')) < 0)  
    
36.     \{   
    
37.         perror("fail to ftok");  
    
38.         exit(\-1);  
    
39.     \}  
    
40.   
    
41.     signal(SIGUSR1, handler);//注册一个信号处理函数  
    
42.     if ((shmid = shmget(key, sizeof(SHM), 0666|IPC\_CREAT|IPC\_EXCL)) < 0)  
    
43.     \{   
    
44.         if (EEXIST == errno)//存在则直接打开  
    
45.         \{   
    
46.             shmid = shmget(key, sizeof(SHM), 0666);  
    
47.             p = (SHM \*)shmat(shmid, NULL, 0);  
    
48.             pid = p\->pid;  
    
49.             p\->pid = getpid();//把自己的pid写到共享内存  
    
50.             kill(pid, SIGUSR1);  
    
51.         \}  
    
52.         else//出错  
    
53.         \{   
    
54.             perror("fail to shmget");  
    
55.             exit(\-1);  
    
56.         \}  
    
57.     \}  
    
58.     else//成功  
    
59.     \{   
    
60.         p = (SHM \*)shmat(shmid, NULL, 0);  
    
61.         p\->pid = getpid();  
    
62.         pause();  
    
63.         pid = p\->pid;//得到写端进程的pid  
    
64.     \}  
    
65.   
    
66.     while ( 1 )  
    
67.     \{   
    
68.         pause();//阻塞，等待信号  
    
69.         if (strcmp(p\->buf, "quit\\n") == 0) exit(0);//输入"quit结束"  
    
70.         printf("read from shm : %s", p\->buf);  
    
71.         kill(pid, SIGUSR1);//向写进程发SIGUSR1信号  
    
72.     \}  
    
73.   
    
74.     return 0;  
    
75. \}

[![25365622_1325838249jFjS.jpg][]][25365622_1325838249jFjS.jpg]

[25365622_1326810872K240.jpg]: http://blog.chinaunix.net/attachment/201201/17/25365622_1326810872K240.jpg
[2.gif]: http://blog.chinaunix.net/blog/image/editor/man/2.gif
[8.gif]: http://blog.chinaunix.net/blog/image/editor/man/8.gif
[25365622_1325838249jFjS.jpg]: http://blog.chinaunix.net/attachment/201201/6/25365622_1325838249jFjS.jpg