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进程间通信方式（共享内存、信号灯集、消息队列）

news 来源：原创 2024/9/20 2:56:59

共享内存

特点

1）共享内存是一种最为高效的进程间通信方式，进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝。

2）为了在多个进程间交换信息，内核专门留出了一块内存区，可以由需要访问的进程

将其映射到自己的私有地址空间。进程就可以直接读写这一内存区而不需要进行数据的拷贝，从而大大提高的效率。

3) 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

使用步骤

(1) 创建key值: ftok

(2) 创建或打开共享内存: shmget

(3) 映射共享内存到用户空间: shmat

(4) 撤销映射: shmdt

(5) 删除共享内存: shmctl

进程间通信:

命令

ipcs -m: 查看系统中的共享内存

ipcrm -m shmid：删除共享内存

ps: 可能不能直接删除掉还存在进程使用的共享内存，这时候可以用ps -ef对进程进行查看，kill掉多余的进程后，再使用ipcs查看。

练习：两个进程实现通信，一个进程循环从终端输入，另一个进程循环打印，当输入quit时结束

这两个标志在两个进程里，是不共享的，所以为了共享标志位可以和buf封装到一个结构体里作为共享内存。

struct msg

{

int flag;

char buf[32];

};

头文件

typedef struct shared
{int flag;char buf[32];
} shared_t, *shared_p;

输入端

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include "shared.h"
int main(int argc, char const *argv[])
{key_t key;key = ftok("bus.c", 'a');if (key < 0){perror("key err");return -1;}printf("key:%#x\n", key);int shmid = shmget(key, sizeof(shared_t), IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0777);if (shmid <= 0){if (errno == EEXIST){shmid = shmget(key, sizeof(shared_t), 0777);}else{perror("shmget err");return -1;}}printf("shmid:%d\n", shmid);shared_p p = (shared_p)shmat(shmid, NULL, 0);if (p == (shared_p)-1){perror("shmat err");return -1;}p->flag = 0;while (1){if (p->flag == 0){scanf("%s", p->buf);if (strcmp(p->buf, "quit") == 0)break;p->flag++;}}shmdt(p);shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);return 0;
}

输出端

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include "shared.h"
int main(int argc, char const *argv[])
{key_t key;key = ftok("bus.c", 'a');if (key < 0){perror("key err");return -1;}printf("key:%#x\n", key);int shmid = shmget(key, sizeof(shared_t), IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0777);if (shmid <= 0){if (errno == EEXIST){shmid = shmget(key, sizeof(shared_t), 0777);}else{perror("shmget err");return -1;}}printf("shmid:%d\n", shmid);shared_p p = (shared_p)shmat(shmid, NULL, 0);if (p == (shared_p)-1){perror("shmat err");return -1;}while (1){sleep(1);if (strcmp(p->buf, "quit") == 0)exit(0);if (p->flag == 1){printf("%s\n", p->buf);p->flag--;}}shmdt(p);shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);return 0;
}

信号灯集

特点

信号灯(semaphore)，也叫信号量，信号灯集是一个信号灯的集合。它是不同进程间或一个给定进程内部不同线程间同步的机制；

而Posix信号灯指的是单个计数信号灯：无名信号灯、有名信号灯。（咱们学的是无名信号灯）

System V的信号灯是一个或者多个信号灯的一个集合。其中的每一个都是单独的计数信号灯。

通过信号灯集实现共享内存的同步操作

使用步骤

(1) 创建键值：ftok

(2) 创建或打开信号灯集：semget

(3) 初始化信号灯：semctl

(4) pv操作：semop

(5) 删除信号灯集：semctl

命令

ipcs -s:查看信号灯集

ipcrm -s semid:删除信号灯集

注意：有时候可能会创建失败，或者semid为0，所以用命令看看，删了重新创建就可以了。

练习：两个进程实现通信，一个进程循环从终端输入，另一个进程循环打印，把信号灯集加到共享内存实现同步，输入输出quit结束

头文件

union semun
{int val;
};
key_t keyfun(char buf[32], char ch);
int shmcreate(key_t key);
int semcreate(key_t key, int num);
void seminit(int semid, int val, int num);
void sempv(int semid, int num, int op);

功能函数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include "sem.h"key_t keyfun(char buf[32], char ch)
{key_t key;key = ftok(buf, ch);if (key < 0){perror("ftok err");return -1;}printf("key:%#x\n", key);return key;
}int shmcreate(key_t key)
{int shmid = shmget(key, sizeof(str), IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0777);if (shmid <= 0){if (errno == EEXIST)shmid = shmget(key, sizeof(str), 0777);else{perror("shmget err");return -1;}}printf("shmid: %d\n", shmid);return shmid;
}int semcreate(key_t key, int num)
{int semid = semget(key, num, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0777);if (semid <= 0){if (errno == EEXIST){semid = semget(key, num, 0777);}else{perror("semget err");return -1;}}else{seminit(semid, 0, 0);seminit(semid, 1, 1);}printf("semid:%d\n", semid);return semid;
}void seminit(int semid, int num, int val)
{union semun mysem;mysem.val = val;semctl(semid, num, SETVAL, mysem);
}void sempv(int semid, int num, int op)
{struct sembuf buf; // sembuf结构体人家写好的直接拿来用就可以// PV操作buf.sem_num = num;buf.sem_op = op;buf.sem_flg = 0;       // 阻塞semop(semid, &buf, 1); // 对num号灯进行op操作申请资源
}

输入端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include "sem.h"
int main(int argc, char const *argv[])
{key_t key = keyfun("sem.h", 'a');int semid = semcreate(key, 2);int shmid = shmcreate(key);// 映射共享内存char *p = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);if (p == (char *)-1){perror("shmat err");return -1;}while (1){sempv(semid, 1, -1);scanf("%s", p);sempv(semid, 0, 1);if (strcmp(p, "quit") == 0)break;}printf("0:%d\n", semctl(semid, 0, GETVAL));printf("1:%d\n", semctl(semid, 1, GETVAL));shmdt(p);// semctl(semid, 0, IPC_RMID);return 0;
}

输出端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include "sem.h"
int main(int argc, char const *argv[])
{key_t key = keyfun("sem.h", 'a');int semid = semcreate(key, 2);int shmid = shmcreate(key);// 映射共享内存char *p = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);if (p == (char *)-1){perror("shmat err");return -1;}while (1){sempv(semid, 0, -1);if (strcmp(p, "quit") == 0)break;printf("%s\n", p);sempv(semid, 1, 1);}printf("0:%d\n", semctl(semid, 0, GETVAL));printf("1:%d\n", semctl(semid, 1, GETVAL));shmdt(p);// semctl(semid, 0, IPC_RMID);return 0;
}