一、IPC（Inter-Process Communication，程式間通訊）物件的介紹
System V 的IPC物件有共享記憶體、訊息佇列、訊號燈。
注意:在IPC的通訊模式下，不管是使用訊息佇列還是共享記憶體，甚至是訊號燈，每個IPC的物件都有唯一的名字,稱為”鍵”(key)。通過”鍵”，程式能夠識別所用的物件。”鍵”與IPC物件的關係就如同檔名稱於檔案，通過檔名，程式能夠讀寫檔案內的資料，甚至多個程式能夠公用一個檔案。而在 IPC的通訊模式下，通過”鍵”的使用也使得一個IPC物件能為多個程式所共用。
二、共享記憶體的介紹
<1>共享記憶體是一種最為高效的程式間通訊方式，程式可以直接讀寫記憶體，而不需要任何資料的拷貝。
<2>為了在多個程式間交換資訊，核心專門留出了一塊記憶體區，可以由需要訪問的程式將其對映到自己的私有地址空間。程式就可以直接讀寫這一塊記憶體而不需要進行資料的拷貝，從而大大提高效率。
<3>由於多個程式共享一段記憶體，因此也需要依靠某種同步機制。
三、共享記憶體的特點
四、共享記憶體的操作流程
<1>建立/開啟共享記憶體
<2>對映共享記憶體，即把指定的共享記憶體對映到程式的地址空間用於訪問
<3>撤銷共享記憶體對映
<4>刪除共享記憶體物件
五、相關 API
A.獲取一塊共享記憶體
功能：分配一塊共享記憶體
返回值:
呼叫成功返回一個shmid（類似開啟一個或建立一個檔案獲得的檔案描述符一樣）;
呼叫失敗返回-1。
引數說明:
<1>key標識共享記憶體的鍵值(就像檔案的標識是檔名):0 / IPC_PRIVATE。
當key的取值為IPC_PRIVATE,則函式shmget()將建立一塊新的共享記憶體；
如果key的取值為0，而引數shmflg中設定了IPC_CREATE這個標誌，則同樣建立一塊新的共享記憶體。
通過這種方式分配的共享記憶體，一般用來親緣關係的程式間通訊。
注意：我們一般是通過ftok這個函式獲取鍵值
功能 : 獲取一個IPC物件的鍵值
引數說明:
pthname就是你指定檔名的路徑(該檔案必須是存在而且可以訪問的),一般情況我們都寫一個目錄
proj_id ： 和pthname一起完成建立鍵值的引數，雖然為int,但是隻有8個位元被使用。一般我們寫一個字元代替。
例如:
案例:
執行的結果:
<2>size是要建立共享記憶體的長度。所有的記憶體分配操作都是以頁為單位的。所以如果一個程式只申請一塊只有一個位元組的記憶體，記憶體也會分配整整一頁(在i386機器中一頁的預設大小PACE_SIZE = 4096位元組)。
<3>shmflg有效的標誌包括IPC_CREAT 和IPC_EXCL,他們的功能與open()的O_CREAT和O_EXCL相當。
IPC_CREAT 如果共享記憶體不存在，則建立一個共享記憶體，否則直接開啟已存在的
IPC_EXCL 只有在共享記憶體不存在的時候，新的共享記憶體才建立，否則就產生錯誤
例子一:假設鍵值為key,建立一個共享記憶體大小為4k,訪問許可權為066,如果已經存在則返回其標識號
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int shmid; if( (shmid = shmget(key,4 * 1024,0666 | IPC_CREAT)) < 0) { perror("Fail to shmget"); exit(EXIT_FAILURE) } |
例子二、假設鍵值為key,建立一個共享記憶體大小為1k，訪問許可權為0666，如果已經存在則報錯
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int shmid; if((shmid = shmget(key,1024,0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) < 0) { perror("Fail to shmget"); exit(EXIT_FAILURE); } |
B.共享記憶體的對映
函式shmat將標識號為shmid共享記憶體對映到呼叫程式的地址空間中。
引數說明:
shmid : 要對映的共享記憶體區識別符號
shmaddr : 將共享記憶體對映到指定地址(若為NULL,則表示由系統自動完成對映)
shmflg : SHM_RDONLY 共享記憶體只讀
預設0:共享記憶體可讀寫。
返回值 :呼叫成功放回對映後的地址 ,出錯放回(void *)-1；
C.取消共享記憶體與使用者程式之間的對映
引數shmaddr是shmat對映成功放回的地址。
注意：當一個程式不再需要共享記憶體段時，它將呼叫shmdt()系統呼叫取消這個段，但是，這並不是從核心真正地刪除這個段，而是把相關shmid_ds結構的shm_nattch域的值減1，當這個值為0時，核心才從物理上刪除這個共享段。
D.控制共享記憶體
引數說明:
shmid 共享記憶體標識ID
cmd IPC_STAT得到共享記憶體的狀態
IPC_SET改變共享記憶體的狀態
IPC_RMID刪除共享記憶體
buf 是一個結構體指標。IPC_STAT的時候，取得的狀態放在這個結構體中。如果要改變共享記憶體的狀態，用這個結構體指定；
注意：
1.IPC_RMID命令實際上不從核心刪除一個段，而是僅僅把這個段標記為刪除，實際的刪除發生最後一個程式離開這個共享段時。
2.當cmd為IPC_RMID時，第三個引數應為NULL。呵呵，大部分我們都是這樣做,用這個函式刪除共享記憶體。
案例探究:
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#include <sys/shm.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <semaphore.h> #include <fcntl.h> #include <sys/stat.h> #define BUFF_SIZE 1024 int father_do_work(int shmid) { char *buf; void *shmaddr; sem_t *prsem; sem_t *pwsem; //有名訊號量 if((prsem = sem_open("rsem",O_CREAT,0666,0)) == SEM_FAILED) { perror("Fail to sem open"); return -1; } //有名訊號量 if((pwsem = sem_open("wsem",O_CREAT,0666,1)) == SEM_FAILED) { perror("Fail to sem open"); return -1; } //對映共享記憶體 if((shmaddr = shmat(shmid,NULL,0)) == (void *)-1) { perror("Fail to shmat"); exit(EXIT_FAILURE); } buf = (char *)shmaddr; while(1) { if(sem_wait(pwsem) < 0) { perror("Fail to sem wait"); break; } printf(">"); fgets(buf,BUFF_SIZE,stdin); buf[strlen(buf) - 1] = '\0'; if(sem_post(prsem) < 0) { perror("Fail to sem post"); break; } if(strncmp(buf,"quit",4) == 0) { if(shmdt(shmaddr) < 0) { perror("Fail to shmaddr"); exit(EXIT_FAILURE); } break; } usleep(500); } return 0; } int child_do_work(int shmid) { char *buf; void *shmaddr; sem_t *prsem; sem_t *pwsem; // if((prsem = sem_open("rsem",O_CREAT,0666,0)) == SEM_FAILED) { perror("Fail to sem open"); return -1; } if((pwsem = sem_open("wsem",O_CREAT,0666,1)) == SEM_FAILED) { perror("Fail to sem open"); return -1; } //對映共享記憶體 if((shmaddr = shmat(shmid,NULL,0)) == (void *)-1) { perror("Fail to shmat"); exit(EXIT_FAILURE); } buf = (char *)shmaddr; while(1) { if(sem_wait(prsem) < 0) { perror("Fail to prsem"); break; } printf("read buf : %s.\n",buf); if(sem_post(pwsem) < 0) { perror("Fail to pwsem"); break; } if(strncmp(buf,"quit",4) == 0) { if(shmdt(shmaddr) < 0) { perror("Fail to shmaddr"); exit(EXIT_FAILURE); } break; } } return 0; } int main() { int shmid; int pid; void *shmaddr; //建立共享記憶體 if((shmid = shmget(IPC_PRIVATE,BUFF_SIZE,0666 | IPC_CREAT)) < 0) { perror("Fail to shmget"); exit(EXIT_FAILURE); } if((pid = fork()) < 0) { perror("Fail to fork"); exit(EXIT_FAILURE); }else if(pid == 0){ child_do_work(shmid); }else{ father_do_work(shmid); wait(NULL); if(shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL) < 0) { perror("Fail to shmctl"); exit(EXIT_FAILURE); } } exit(EXIT_SUCCESS); } |
執行結果:
