二、实现进程间通信（代码）
文件comm.hpp
#ifndef __COMM_HPP_ #define __COMM_HPP_ #include <iostream> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> #include <cstdio> #include <cstring> #include <cstdlib> using namespace std; #define PATHNAME "." #define PROJ_JD 0x66 #define MAX_SIZE 4096 key_t getkey() { key_t k = ftok(PATHNAME,PROJ_JD); if(k <0) { cerr<<errno<<":"<<strerror(errno)<<endl; exit(1); } return k; } int getShmHelper(key_t k,int flags) { //k是要shmget,设置进入共享内存属性中的，用来标识 //该共享难内存在内核中的唯一性 //shmid与key： //fd inode int shmid = shmget(k,MAX_SIZE,flags); if(shmid<0) { cerr<<errno<<":"<<strerror(errno)<<endl; exit(2); } return shmid; } //获取 int getShm(key_t k) { return getShmHelper(k,IPC_CREAT); } //创建 int createShm(key_t k) { return getShmHelper(k,IPC_CREAT | IPC_EXCL|0600); } void delShm(int shmid) { if(shmctl(shmid,IPC_RMID,nullptr)==-1) { cerr<<errno<<":"<<strerror(errno)<<endl; } } void * attachShm(int shmid) { void*mem = shmat(shmid,nullptr,0); if((long long)mem==-1L)//64位系统，8个字节，L表示数字类型 { cerr<<errno<<"shmat:"<<strerror(errno)<<endl; exit(3); } return mem; } void detachShm(void * start) { if(shmdt(start)==-1) { cerr<<"shmdt:"<<errno<<":"<<strerror(errno)<<endl; } } #endif
文件server.cc
#include "comm.hpp" #include <unistd.h> using namespace std; int main() { key_t k = getkey(); printf("key:%0x%x\n",k); int shmid = createShm(k); printf("shmid:%d\n",shmid); //sleep(5); char*start = (char*)attachShm(shmid); printf("attach success,address start:%p\n",start); //使用 while(true) { printf("client say:%s\n",start); struct shmid_ds ds; shmctl(shmid,IPC_STAT,&ds); printf("获取属性：size:%d,pid:%d,myself:%d",ds.shm_segsz,ds.shm_cpid); sleep(1); } //去关联 detachShm(start); sleep(10); //删除共享内存 delShm(shmid); return 0; }
文件client.cc
#include "comm.hpp" #include <unistd.h> using namespace std; int main() { key_t k = getkey(); printf("key:%0x%x\n",k); int shmid = getShm(k); printf("shmid:%d\n",shmid); char*start = (char*)attachShm(shmid); printf("attach success,address start:%p\n",start); const char*message = "hello server,我是另一个进程，正在和你通信"; pid_t id = getpid(); int count = 1; //char buffer[1024]; while(true) { sleep(5); snprintf(start,MAX_SIZE,"%s[pid:%d][消息编号:%d]",message,id,count++); // snprintf(buffer,sizeof(buffer),"%s[pid:%d][消息编号:%d]",message,id,count++); // memcpy(start,buffer,strlen(buffer)+1); } detachShm(start); return 0; }
三、共享内存的特点
- 共享内存的生命周期是随OS的，而不是随进程，这是所有system V进程间通信的共性。
- 共性内存是所有进程间通信速度最快的，因为共享内存是被双方所共享，只要一方有写入，另一方就会立即看到，这样可以大大减少数据的拷贝次数。（优点）
- 综合考虑管道和共享内存：
管道：
写入端进程：需要通过键盘输入到自己定义的缓冲区char buffer[]，将数据拷贝到buffer中，再调用write接口将buffer中的数据拷贝到管道中。
读取端进程：也定义了buffer缓冲区，调用read接口将数据从管道拷贝到buffer中，再将数据显示到显示屏上。
共享内存：
通过映射，直接从输入到共享内存，从共享内存到输出。 - 共享内存不给我们提供同步和互斥的操作，无法对数据进行保护。客户端和服务端没有做保护，如果想要保护数据，需要用到信号量，对共享内存进行保护，写完通过读端读取。（缺点）
四、消息队列（了解）
1.概念
消息队列是OS提供的内核级队列，消息队列提供了推广从一个进程想另一个进程发送一块数据的方法。每个数据块都被认为是有一个类型，而接收者进程接收的数据块可以是不同的类型值。
2.消息队列数据结构
struct msqid_ds{ struct ipc_perm msg_perm; time_t msg_stime; time_t msg_rtime; time_t msg_ctime; unsigned long __msg_cbytes; msgqnum_t msg_qnum; msglen_t msg_qbytes; pid_t msg_lspid; pid_t msg_lrpid;
消息队列数据结构的第一个成员是msg_perm，它和shm_perm是同一个类型的结构体变量——ipc_perm结构体。
3.消息队列的相关函数
msgget：获取消息队列
参数
key：ftok函数生成的一个key值，它作为msgget的第一个参数；
msgflg：与创建共享内存用的函数shmget的第三个参数相同；
返回值
返回一个有效的消息队列标识符。
msgctl：控制消息队列
它的参数与之前类似接口的参数相同。
msgsnd：发数据
参数
msqid：表示消息队列的用户级标识符；
msgp：表示待发送的数据块；
msgsz：表示待发送的数据块的大小；
msgflg：表示发送数据块的方式，一般默认为0。
返回值
发送成功返回0，发送失败返回-1.
msgrcv：读取消息队列
参数
mspid：表示消息队列的用户级标识符；
msgp：表示获取到的数据块（它是一个输出型参数）；
msgsz：表示要获取的数据块的大小；
msgtyp：表示要接收的数据块的类型；
msgflg：表示发送数据块的方式，一般默认为0。
返回值
成功返回实际获取到的mtext数组中的字节数，失败返回-1。
五、信号量
1.概念
信号量的本质是一个计数器，通常用来表示公共资源中资源数多少的问题。信号量主要是用于同步和互斥操作的。
公共资源：能被多个进程同时访问的资源。
- 访问没有被保护的公共资源，会存在数据不一致的问题。（要让不同的进程看到同一份资源是为了进程间通信，通信是为了实现进程的协同，但是，不同进程访问同一份资源会导致该资源数据被修改，进而导致数据不一致的问题）
- 被保护的公共资源称为临界资源，进程要访问资源，一定是进程中有对应的代码来访问这份资源，访问临界资源的代码就称为临界区。有临界区，自然就有非临界区。多进程访问一份临界资源的情况属于少数情况，大部分情况下进程都是申请自己独立的资源，不访问公共资源的代码就是非临界区。
为了避免数据不一致的问题，我们需要对公共资源进行保护，那么该如何保护呢？
答：互斥和同步。
- 互斥：由于有各个进程要求共享资源的情况，并且有些资源需要互斥使用，因此各进程间需要竞争使用这些资源。进程的这种关系称为互斥。
- 原子性：做一件事，只有做完和不做两态（即，要么做要么不做，不能做一半）。
为什么不用全局的整数来作为信号量？
因为全局的整数，有血缘关系的父子进程都不能同时看到（一旦一方修改，就会进行写时拷贝），而不同的进程更加不能看到。因此进程间想看到同一个计数器（可能会发生修改），就不能用全局的整数。
为什么需要信号量？
当我们想要申请某项共享资源时，我们需要通过信号量来预测该共享资源是否被使用。共享资源的使用方式：1.作为一个整体被整个使用（一个打印机，信号量是打印顺序，同一时间只能打印一份文件）；2.被划分为一个一个小的资源部分（电影院的座位，信号量是电影票，凭电影票进去看电影，同一场电影可以被多个人同时观看）。进程要访问某些共享资源时，要先申请信号量，申请成功就相当于预定了共享资源，即允许访问该共享资源。
2.信号量数据结构
3.信号量的原子操作（P/V操作）
所有进程在访问公共资源之前，都需要申请sem信号量，而申请信号量的前提是进程必须先看到同一个信号量，所以信号量本身就是一个公共资源。同时信号量的操作必须保证自身是安全的，因此++/–是原子性的。
特殊的：如果信号量的初始值为1，则表示该公共资源是作为一个整体来进行申请、使用、释放的。这种二院信号量是具有互斥功能的。
4.信号量的相关函数
semget：申请信号量
参数
key：使用ftok函数生成的key值，可以唯一表示共享内存；
nsems：表示创建信号量的个数；
semflg：与穿个件共享内存时使用的shmget函数的第三个参数相同。
返回值
信号量集创建成功时返回一个有效到的信号量集标识符。
semctl：信号量的删除
semop：信号量的操作
六、总结
我们发现：共享内存、消息队列、信号量的接口相似度都很高（参数很多都是相同的），获取和删除都是system V标准的进程间通信的操作。
OS的管理本质都是 先描述，再组织，对于共享内存、消息队列、信号量等的第一个成员都是结构体ipc_perm的变量。
虽然它们内部的属性差别很大，但是维护它们的结构的第一个成员是一样的，都可以用key值来标识唯一性。这样设计的好处：在操作系统中可以只定义一个struct ipc_perm结构体类型的数组，每当申请一个IPC资源就在该数组中多开辟一个这样的结构体变量的空间（（struct shmid_ds*）perms[0]，像这样进行强转强转，此时就能访问其他的属性）
总结
以上就是今天要讲的内容，本文介绍了进程间通信的system V的相关概念。本文作者目前也是正在学习Linux相关的知识，如果文章中的内容有错误或者不严谨的部分，欢迎大家在评论区指出，也欢迎大家在评论区提问、交流。
最后，如果本篇文章对你有所启发的话，希望可以多多支持作者，谢谢大家！
