共享内存，信号量

绝地灬酷狼 2022-12-11 12:24 128阅读 0赞

一、进程之间的通信。--- 共享内存。  
1、什么是共享内存？机制如何？  
共享内存也是属于IPC对象，所以在使用之前，必须为共享内存申请key值。  
共享内存由于存在于运行内存上，运行内存在linux下所有的进程都可以访问到，结论就是任意的两个进程都可以通过共享内存进行通信。  
实现步骤： key值 -> ID号 -> 共享内存地址 -> 数据交换 -> 撤销映射。

2、 共享内存函数接口？  
1）先申请key值。  
key = ftok(".",10);

2）根据申请到的key值去申请共享内存的ID号。 -> shmget() -> man 2 shmget  
功能： allocates a System V shared memory segment  
//允许在系统中申请一块共享内存 -> 你的住房证明

头文件：  
\#include <sys/ipc.h>  
\#include <sys/shm.h>

原型：  
int shmget(key\_t key, size\_t size, int shmflg);

参数：  
key： 共享内存的key值。  
size：共享内存的总字节数，必须是PAGE\_SIZE的倍数 \#define PAGE\_SIZE 1024  
shmflg：IPC\_CREAT|0666 -> 不存在则创建。

返回值：  
成功：共享内存的ID号  
失败：-1

3）根据共享内存ID号去运行内存上申请对应的空间。 -> shmat() -> man 2 shmat  
头文件：  
\#include <sys/types.h>  
\#include <sys/shm.h>

原型：  
void \*shmat(int shmid, const void \*shmaddr, int shmflg);

参数：  
shmid：共享内存的ID号。  
shmaddr：NULL -> 系统自动分配空间给你 99.99999%  
不为NULL-> 用户自己选择地址 0.000001%  
shmflg：普通属性 0

返回值：  
成功：共享内存起始地址。  
失败：(void \*)-1

4）撤销映射。 -> shmdt() -> man 2 shmdt  
头文件：  
\#include <sys/types.h>  
\#include <sys/shm.h>

原型：  
int shmdt(const void \*shmaddr);

参数：  
shmaddr： 共享内存起始地址。

返回值：  
成功：0  
失败：-1

5）删除共享内存IPC对象。 -> shmctl() -> man 2 shmctl  
头文件：  
\#include <sys/ipc.h>  
\#include <sys/shm.h>

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

参数：  
shmid：共享内存的ID号。  
cmd：IPC\_RMID -> 删除共享内存IPC对象  
buf：如果是删除，填NULL就行了。

返回值：  
成功：0  
失败：-1

3、 案例 -- 使用共享内存通信机制，实现jack.c发送数据给rose.c。  
rose.c每隔2S就打印一次共享内存的数据。

发送端：  
\#include <sys/ipc.h>  
\#include <sys/shm.h>  
\#include <sys/types.h>  
\#include <stdio.h>  
\#include <string.h>

int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
//1、 申请共享内存的key值。  
key\_t key = ftok(".",10);  
  
//2、 根据key值去申请共享内存ID号。  
int shmid = shmget(key,2048,IPC\_CREAT|0666);  
  
//3、 根据ID号去运行内存中申请对应的空间。  
char \*p = (char \*)shmat(shmid,NULL,0);  
  
//4、 不断将数据写入到共享内存上。  
while(1)  
\{  
fgets(p,2048,stdin);  
  
//5、 如果把"quit"放在共享内存上，则进程退出。  
if(strncmp(p,"quit",4) == 0)  
\{  
break;  
\}  
\}  
  
return 0;  
\}

接收端：  
\#include <sys/ipc.h>  
\#include <sys/shm.h>  
\#include <sys/types.h>  
\#include <stdio.h>  
\#include <string.h>  
\#include <unistd.h>

int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
//1、 申请共享内存的key值。  
key\_t key = ftok(".",10);  
  
//2、 根据key值去申请共享内存ID号。  
int shmid = shmget(key,2048,IPC\_CREAT|0666);  
  
//3、 根据ID号去运行内存中申请对应的空间。  
char \*p = (char \*)shmat(shmid,NULL,0);  
  
//4、 不断地打印共享内存上的数据出来  
while(1)  
\{  
printf("from shm:%s",p);  
  
sleep(1);  
  
if(strncmp(p,"quit",4) == 0)  
\{  
break;  
\}  
\}  
  
//5. 撤销映射，删除IPC对象  
shmdt(p);  
shmctl(shmid,IPC\_RMID,NULL);  
  
return 0;  
\}

结果：  
接受端每隔2S就会打印一次共享内存上的数据，即使数据没有修改，也会打印，不会阻塞。  
最终目标：  
jack -> 输入一次数据 -> 发送一次 -> rose -> 接收一次数据 -> 打印一次

二、处理同步互斥的方式。 --- 信号量。  
1、 什么是信号量？  
信号量也是属于IPC对象，所以使用信号量之前必须先申请key值。  
信号量不是用于进程之间的通信，只是作用与进程之间的通信。

2、学习信号量的函数接口？  
1）申请key值。  
key = ftok(".",10);

2）根据key值来申请信号量ID号。 -> semget() -> man 2 semget  
功能： get a System V semaphore set identifier  
//获取信号量的ID号

头文件：  
\#include <sys/types.h>  
\#include <sys/ipc.h>  
\#include <sys/sem.h>

原型：  
int semget(key\_t key, int nsems, int semflg);

参数：  
key： key值。  
nsems： 信号量中元素的个数。  
semflg：IPC\_CREAT|0666

返回值：  
成功：信号量的ID号  
失败：-1

3）设置信号量元素的起始值/删除信号量的IPC对象。 -> semctl() -> man 2 semctl  
头文件：  
\#include <sys/types.h>  
\#include <sys/ipc.h>  
\#include <sys/sem.h>  
原型：  
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

参数：  
semid：信号量的ID号  
semnum：需要操作的成员的下标 空间:0 数据:1  
cmd: SETVAL -> 用于设置信号元素的起始值  
IPC\_RMID -> 删除信号量的ID号  
...: 如果cmd填SETVAL，那么最后一个参数就是起始值  
如果cmd填IPC\_RMID，最后一个参数就会忽略。

例如：我想设置空间为1，数据为0，那么怎么做？  
semctl(semid,0,SETVAL,1); -> 设置空间起始值为1  
semctl(semid,1,SETVAL,0); -> 设置数据起始值为0

如果想删除信号量ID号。  
semctl(semid,0,IPC\_RMID);

4）如何实现信号量的P/V操作？ （p操作(减1操作): 1变成0， v操作(加1操作): 0变成1）  
semop() -> man 2 semop

头文件：  
\#include <sys/types.h>  
\#include <sys/ipc.h>  
\#include <sys/sem.h>

原型：  
int semop(int semid, struct sembuf \*sops, size\_t nsops);

参数：  
semid：信号量的ID号  
sops：进行P/V操作的结构体  
struct sembuf\{  
unsigned short sem\_num; 需要操作的成员的下标 空间:0 数据:1  
short sem\_op; P操作/V操作 p操作：-1 v操作：1  
short sem\_flg; 普通属性，填0。  
\}  
nsops： 信号量操作结构体的个数： -> 1

返回值：  
成功：0  
失败：-1

3、案例：  
我们要将信号量加入到刚才的代码中，处理同步互斥。

参考： shm+sem/