Linux进程通信(System V)第五节------>共享内存区
发布时间：2014-09-05 16:23:34作者：知识屋
一：简介
前面已经学过：pipe，FIFO，msg queue， 今天要学的是“共享内存区”
1.共享内存区是进程通信中最快的方式，而且传递的信息量是很大的！
2.是通过内存区间映射到进程空间来实现的！因此这种进程间的通信不再涉及到内核！
(即进程不是通过执行任何的进入内核的系统调用来传递数据的。这样内核就必须建立允许各个进程之间的共享内存区的映射关系，然后一直管理该内存区！同时也要保证所谓的同步，有序，而且没有死锁！)
3.简单的实现过程：
<1>.server获得访问共享内存区的权限
<2>.server从输入文件中读取数据到共享内存区(需要一次copy内容 )
<3>.server输入数据OK后，通知用户进程
<4>.最后用户进程从共享内存区中取出data( 需要一次copy内容)
但是与pipe，FIFO以及msg queue的区别是：
此三者需要进程的操作是：server和client的发送和接受data都是需要进行一次copy，所以一共有4次数据拷贝，所以效率不如“共享内存区”
4.数据结构：
#include<sys/shm.h>
structshmid_ds
{
structipc_perm shm_perm; //!> 权限设置结构体
size_t shm_segsz; //!> 内存块大小
pid_t shm_lpid; //!> 最后一次操作的进程ID
pid_t shm_cpid; //!> 创建进程的ID
shmatt_t shm_nattch; //!> 当前的附接数
shmatt_t shm_cnattch; //!> 内核的附接数
time_t shm_atime; //!> 最后一次关联时间
time_t shm_dtime; //!> 分离时间
time_t shm_ctime; //!> 最后一次改变时间
};
5.共享内存区的创建和操作：
#include<sys/types>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
int shmget(key_t key, size_t size, int oflag );
参数：
key:ftok返回值或者IPC_PRIVATE
size:共享内存区大小( 字节为单位，if访问一个已经存在的，那么就是0 )
oflag:权限的组合(同前面讲的 )
创建OK后，那么就可以使用shmat函数来链接到它的地址空间！
void *shmat( int shmid, const void * addr, int flag);
//!> -------->链接共享区到哪个地址上与addr参数以及flag中是否指定SHM_RND有关！
//!> if addr == 0，那么连接到内核选择的第一个可用地址上
//!> if addr!= 0 && 没有SHM_RND，那么连接到addr上
//!> if addr !=0 && 指定SHM_RND，那么连接到addr-( addr modSHMLBA )上，SHM_RND是取整意思
//!>SHMLBA是指最低边界地址倍数。所以此算式表示靠近addr的一个边界地址上
使用OK后就可以断开链接：shmdt函数
int shmdt(const void * addr); //!> 注意参数是shmat的返回值！！！
最后要删除内存：shmctl函数
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds * buff );
参数：
shmid:就是创建或者打开是shmget函数的返回值
cmd:有多种取值
buff:主要用在IPC_STAT取回结构体的值和IPC_SET设置结构体值中使用！
cmd：
IPC_STAT:取得shmid_ds的结构体，放在buff中
IPC_SET:按照buff设置结构体权限值-> sem_perm.uid, sem_perm.gid, sem_perm.mode；注意其允许执行的权限进程( 与前面一样)
IPC_RMID:删除共享内存区，注意其删除是与文件inode差不多，只有当计数值为0才删除，否则仅仅是删除一个标志顺便计数器--就OK！
SHM_LOCK:锁住共享内存区，只有super用户权限才OK！
SHM_UNLOCK: 解锁，权限用户为super
二.
//-------------------------------------------------------------------------------------------------
//简单的函数应用
////// 创建实例
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/shm.h>
int main( int argc, char ** argv )
{
int semid;
int flag;
size_t len;
if( argc !=3 ) //!> 表示我们要输入2个字符串参数(因为第一个是默认的程序运行的全路径名 )
{
printf("usage:shmget <pathname><length>/n" );
exit(EXIT_FAILURE );
}
len = atoi(argv[2] ); //!> 第二个参数作为长度而已
flag =IPC_CREAT; //!> 创建标志( 具有唯一性 )------->注意IPC_EXCL:决定了唯一性！ | IPC_EXCL
//!>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>.
//!> Create the sempore
if( ( semid= semget( ftok( argv[1], 'a' ), len, flag ) ) == -1 )
{
printf("/nCreate semaprore error.../n");
exit(EXIT_FAILURE );
}
printf("/nThe semid = %d/n", semid );
//!>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>.
//!> Display attribute
intdis;
structshmid_ds buff[10];
if( ( dis =shmctl( semid, IPC_STAT, buff ) ) == -1 )
{
printf("/nDisplay the attribute error.../n" );
exit(EXIT_FAILURE );
}
//!>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>.
//!> Delete the semapore
intdel;
if( ( del =shmctl( semid, IPC_RMID, NULL ) ) == -1 )
{
printf("/nDelete error... /n");
exit(EXIT_FAILURE );
}
return0;
}
三：
//-------------------------------------------------------------------------------------------------
// 生产者与消费者
1.core简介：
我们可以知道在server(生产者)中我们给的最大的src就是5个，所以if我们仅仅是只执行serever，那么执行5次后必须要等待，因为P不到src了，但是if有client(消费者)存在，那么就可以，因为消费者消费OK后
归还src，那么server又可以执行下去了。
2.
CODE：
////// producer
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/stat.h>
#define MAXSHM 5 //!> 定义缓冲区变量个数
union semun //!> 此处我们主要是为了SETVALUE使用
{
int val; //!>设置信号的值
structsemid_ds* buf; //!> buffer:IPC_STAT, IPC_SET
unsignedshort* array; //!> GETALL, SETALL的数组
};
int main()
{
key_t ipckey; //!> ipc 的 key
key_t semkey; //!> 信号量的key
int shmid; //!> ipc(此处是共享内存区模式导致)的ID
int semid; //!> 共享内存区ID
char* addr_c; //!> 共享区的地址
//!>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
//!> 对于共享区的处理(key and id and addr. )
ipckey =ftok( "/tmp/Linux/ipc", 368); //!> get ipc key
if( ipckey== -1 )
{
printf("/nCreate IPC key error.../n" );
exit(EXIT_FAILURE );
}
shmid =shmget( ipckey, 1024, IPC_CREAT | 0666); //!> get ipc id
if( shmid ==-1 )
{
printf("/nCreate IPC id error.../n" );
exit(EXIT_FAILURE );
}
addr_c = (char * )shmat( shmid, NULL, 0); //!> 链接到第一个可用的地址上
if( *( ( int* )addr_c ) == -1) //!> Set addr...
{
printf("/nSet addr. error.../n" );
exit(EXIT_FAILURE );
}
//!>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
//!> 对于信号量的处理(key and id)
structsembuf P, V; //!> P V 操作变量
union semun arg1, arg2,arg3; //!> 设置semid此信号集合中的三种信号量
//!> 具体的下面有解释
semkey =ftok( "/tmp/Linux/sem", 368); //!> get sempore key
if( semkey== -1 )
{
printf("/nCeate sem. key error.../n" );
exit(EXIT_FAILURE );
}
//!> 请注意此处创建的一个信号量集合！
//!> 里面可以有不同的信号处理不同事件！！！！
semid =semget( semkey, 3, IPC_CREAT | 0666); //!> get sem. id
//!> 信号集合中信号为3种
if( semid< 0 )
{
printf("/nCreate sem. id error.../n" );
exit(EXIT_FAILURE );
}
//!>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
//!> 初始化信号灯中信号量
arg1.val =0; //!> 缓冲区无数据，( 即信号满 )
if( semctl(semid, 0, SETVAL, arg1 ) == -1) //!> 设置VALUE = arg1 = 0
{ //!> sem 编号为0
printf("/nSelValue (信号满) error.../n" );
exit(EXIT_FAILURE );
}
arg2.val =MAXSHM; //!> 缓冲区 5 个空闲元素
if( semctl(semid, 1, SETVAL, arg2 ) == -1) //!> 设置VALUE == arg2 = 5
{ //!> sem 编号为1
printf("/nSetValue (信号空) error.../n" );
exit(EXIT_FAILURE );
}
arg3.val =1; //!> 这个相当于是互斥使用缓冲区
if( semctl(semid, 2, SETVAL, arg3 ) == -1 )
{
printf("/nCreate 互斥缓冲区 error.../n" );
exit(EXIT_FAILURE );
}
//!>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
//!> 初始化P V 操作
P.sem_num =0;
P.sem_op =-1; //!> 注意：P的操作是 -- 操作( 就是-1处理)
P.sem_flg =SEM_UNDO;
V.sem_num =0;
V.sem_op= 1; //!> 注意：V的操作是 ++ 操作( 就是+1处理 )
V.sem_flg =SEM_UNDO;
//!>下面进行的就是简单的PV操作
int i =0;
while( i< 10) //!> 进行10次操作
{
P.sem_num =1; //!> 注意P操作的是index=1的信号量
//!> 也就是存在元素的集合(--操作)
semop(semid, &P, 1); //!> 进行P操作一次
P.sem_num =2; //!> 此处是互斥操作信号量
semop(semid, &P, 1); //!> 只让一个进程操作，其他的等待
addr_c[i] =i + 'a'; //!> 仅仅是为了输出显示而已
printf("/n产生空间 addr_c[%d] =%c /n", i, addr_c[i]);
V.sem_num =2; //!> 对互斥操作进行V
semop(semid, &V, 1 );
V.sem_num =0; //!> P一个src后，就要加入开始没有元素的信号量中
semop(semid, &V, 1 );
i++;
sleep( 1);
}
sleep( 60);
//!>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
//!> 退出共享区失败
if( shmdt(addr_c ) == -1)
{
printf("/n退出共享区失败/n" );
exit(EXIT_FAILURE );
}
//!>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
//!> 删除共享区
if( shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL ) == -1)
{
printf("/n删除共享区失败/n" );
exit(EXIT_FAILURE );
}
//!>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
//!> 删除信号集
if( semctl(semid, 0, IPC_RMID, 0 ) == -1 )
{
printf("/n撤销信号集失败/n" );
exit(EXIT_FAILURE );
}
exit(EXIT_SUCCESS );
}
///// consumer
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#define MAXSHM 5
union semun //!> 此处我们主要是为了SETVALUE使用
{
int val; //!>设置信号的值
structsemid_ds* buf; //!> buffer:IPC_STAT, IPC_SET
unsignedshort* array; //!> GETALL, SETALL的数组
};
int main()
{
key_t ipckey;
key_t semkey;
int shmid;
int semid;
char* addr_c;
//!>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
//!> 得到IPC/SEM的key和id
ipckey =ftok( "/tmp/Linux/ipc", 368); //!> get ipc key
if( ipckey== -1 )
{
printf("/nCreate IPC key error.../n");
exit(EXIT_FAILURE );
}
shmid =shmget( ipckey, 1024, IPC_EXCL | 0666 );
if( shmid ==-1 )
{
printf("/nCreate IPC ID error.../n" );
exit(EXIT_FAILURE );
}
addr_c = (char * )shmat( shmid, NULL, 0 );
if( *( ( int* ) addr_c ) == -1 )
{
printf("/nCreate addr error.../n" );
exit(EXIT_FAILURE );
}
//!>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
//!> 定义信号量的数据结构
structsembuf P, V;
semkey =ftok( "/tmp/Linux/sem", 368 );
if( semkey== -1 )
{
printf("/nCreate sem. key error... /n");
exit(EXIT_FAILURE );
}
semid =semget( semkey, 0, IPC_EXCL | 0666);
//!> 在“生产者”中已经创建了，所以此处只要引用就好，所以第二参数0
if( semid< 0 )
{
printf("/nCreate sem. ID error.../n" );
exit(EXIT_FAILURE );
}
//!>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
//!> 初始化P V 操作
P.sem_num =0;
P.sem_op =-1; //!> 减去1操作
P.sem_flg =SEM_UNDO;
V.sem_num =0;
V.sem_op= 1; //!> 加上1操作
V.sem_flg =SEM_UNDO;
int i =0;
while( i< 10 )
{
//!> 先需要等待
P.sem_num =0; //!> 注意开始我们知道这里面没有空间，
//!> 所以要等待server端的V操作，整体
//!> 看来我们知道，server P10次V10次，
//!> 此处就连续的读写就可以了
semop( semid, &P, 1 );
P.sem_num =2; //!> 此处是互斥操作
semop( semid, &P, 1 );
printf("/n消费空间 addr_c[%d] = %c/n", i,addr_c[i]);
V.sem_num =2; //!> 释放互斥区
semop( semid, &V, 1 );
V.sem_num =1; //!> 那么 原来装有src信号量有了新的空间
semop( semid, &V, 1); //!> 也就是 ++ 处理
i++;
sleep( 2 );
}
//!>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
//!> 下面释放链接
if( shmdt(addr_c ) == -1 )
{
printf("/n退出共享区失败/n" );
exit(EXIT_FAILURE );
}
exit(EXIT_FAILURE );
}
摘自 shanshanpt的专栏
（免责声明：文章内容如涉及作品内容、版权和其它问题，请及时与我们联系，我们将在第一时间删除内容，文章内容仅供参考）
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