每一个进程都有着自己独立的地址空间,比如程序之前申请了一块内存,当调用fork函数之后,父进程和子进程所使用的是不同的内存。因此进程间的通信,不像线程间通信那么简单。但是共享内存编程接口可以让一个进程使用一个公共的内存区段,这样我们便能轻易的实现进程间的通信了(当然对于此内存区段的访问还是要控制好的)。
共享内存实现进程通信的优点:
共享内存是进程通信方式中最快速的方式之一,它的快速体现在,为数据共享而进行的复制非常少。这里举例来说,使用消息队列时,一个进程向消息队列写入消息时,这里有一次数据的复制,从用户空间到内核空间。而另一个进程读取消息的时候,又有一次数据的复制,从内核空间到用户空间,这无疑是耗费时间与资源的。然而共享内存的存在则无需这两次复制,进程是从它们各自的地址空间直接访问共享的内存区段的。
缺点:
还是拿消息队列来对比,消息队列已经实现了对自身读写的保护,然而共享内存需要我们开发者自己来实现,这无疑增加了开发的难度
下面我们还是沿袭之前的风格,先简要介绍GNU/LINUX中提供哪些关于共享内存的编程接口,再以一个简单的小例子收尾。
#include<sys/shm,h>
int shmget(key_t key, size_t size,int flag)
该函数用于创建一个新的共享内存区段,或者是获取一个已经存在的共享内存区段
返回一个id(描述符),该id唯一表示系统中创建的这段内存
key可以是一个非0的值,也可以指定为IPC_PRIVATE,跟信号量一样,IPC_PRIVATE指明创建的是一个私有的内存区段,这样的话其它进程无法找到它,通常在仅需要一个进程组
的内部进行访问时,会使用这种方法。
size是创建的内存区段的大小,因为内存区段是创建在内存页面上的,它的容量上限通常为4MB,视实际环境决定。
flag,该参数通常是由两部分组成,一部分是访问权限,一部分是指令。指定具有三种情况,一种是创建一个共享内存区段,那么设置为IPC_CREAT即可,如果该内存区段以存在时我们需要返回一个错误的话,那么传入IPC_CREAT|IPC_EXCL,在已经存在的情况下,会返回一个错误,并且将errno置为EEXIST.第三种是获取已经存在的内存区段,那么传入0即可。关于权限,一般情况下我们设置0666或者0600就行了,它的具体值和意义如下所示:
0400 用户拥有读取权限
0200 用户拥有写入权限
0040 用户组拥有读取权限
0020 用户组拥有写入权限
0004 其他用户拥有读取权限
0002 其他用户拥有写入权限
int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds* buf)
操作成功返回0,否则返回错误值
shmid,要操作的共享内存区段的描述符
cmd,要进行操作的指令
shmid_ds 用于获取共享内存数据结构体,该结构体里存储关于该段内存的所有信息,这里不细说了,大家可以百度了解一下。
该函数通常是用于完成三个功能,一是cmd为IPC_STAT,读取当前的共享内存数据结构体,二是cmd为IPC_SET,用于写入共享内存结构体。三是传入IPC_RMID,用于移除该段内存
void* shmat(int shmid,const void* shmaddr,int flag)
返回值是共享内存地址映射在该进程内存地址的起始地址,为-1时,挂接失败。
shmid,共享内存的描述符
shmaddr,指定共享内存地址映射在进程内存地址的什么位置,置为NULL时,让内核自己决定。
flag,如果为SHM_READONLY,那么在调用进程中将以只读方式挂接内存区段,传入0时(不指定时)将以可读写方式挂接。
int shmdt(void* shmaddr)
该函数作用是脱离内存区段,取消从共享内存区段想进程的局部空间的映射,从而也释放了为了挂接区段而占用的局部空间地址。成功返回0,失败返回-1.
shmaddr,是调用shmat时返回的进程空间地址(也就是共享内存地址映射在进程空间的地址)
共享内存的基本操作介绍完了,在文章开头提到过,共享内存需要我们进行读写控制,这里我采用信号量,(如果对于信号量不清楚的,可以去看我之前写的一篇文章用信号量和Posix线程操作来实现双线程高速下载)下面提供一个小例子:
1 父进程负责将数据写入到共享内存中,如果共享内存数据量满了则等待
2 子进程负责从共享内存中将数据读出来,如果没有数据,则等待
有点任务队列驱动的进程池的意思,下面是源代码:
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <wait.h>
#define MAX_SIZE 100
#define SHM_KEY_T 9494
#define SEM_KEY_T 8989
struct SHM_BLOCK{
int semid;
int dataCount;
int beginPos;
int curPos;
char data[MAX_SIZE];
};
void childProcess();
void parentProcess();
SHM_BLOCK* block; //下面要用到的指向共享内存的指针
struct sembuf buf; //操作信号量的结构体
int pid;//用于存储子进程的pid
int shmid;//共享内存的id
int main()
{
shmid=shmget(SHM_KEY_T,sizeof(SHM_BLOCK),0600|IPC_CREAT);
block=(SHM_BLOCK*)shmat(shmid,(const void*)0,0);
block->semid=semget(SEM_KEY_T,1,0600|IPC_CREAT);
block->dataCount=0;
block->beginPos=0;
block->curPos=0;
semctl(block->semid,0,SETVAL,1); //初始化信号量,赋值为1
pid=fork();
if(pid==0)
childProcess();
else
parentProcess();
return 0;
}
void childProcess(){
printf("Im child Process pid is %d lets begin do work\n",getpid());
getchar();
int taskCount=0;
char task;
block=(SHM_BLOCK*)shmat(shmid,(const void*)0,0);
buf.sem_flg=0;
buf.sem_num=0;
while(taskCount<200){
buf.sem_op=-1;
semop(block->semid,&buf,1);
buf.sem_op=1;
if(block->dataCount==0){
semop(block->semid,&buf,1);
continue;
}
block->dataCount--;
task=block->data[block->beginPos++];
block->beginPos%=MAX_SIZE;
semop(block->semid,&buf,1);
taskCount++;
printf("Cur Task is %d the data is %c\n",taskCount,task);
}
shmdt((const void*)block);
return ;
}
void parentProcess(){
printf("Im parent Process pid is %d lets begin add work\n",getpid());
getchar();
buf.sem_flg=0;
buf.sem_num=0;
int taskCount=0;
while(taskCount<200){
buf.sem_op=-1;
semop(block->semid,&buf,1);
buf.sem_op=1;
if(block->dataCount>=MAX_SIZE)
{
semop(block->semid,&buf,1);
continue;
}
block->dataCount++;
block->data[block->curPos++]=‘a‘+taskCount%26;
block->curPos%=MAX_SIZE;
semop(block->semid,&buf,1);
taskCount++;
}
//回收进程资源
waitpid(pid,NULL,0);
//释放调信号量和共享内存
semctl(block->semid,0,IPC_RMID);
shmdt((const void*)block);
shmctl(shmid,IPC_RMID,0);
return ;
}
运行截图就不贴了,父进程添加200个任务到任务队列中,子进程不断从任务队列中获取任务打印它的值。注意父进程要记得回收子进程资源,否则这里子进程可能成为僵尸进程。最后,释放掉共享内存和信号量,它们是不会随着进程退出就自动释放掉的,而是作为内核资源一直存在,需要我们手动释放。
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