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Linux进程间通信-共享内存方式 (含例子)2008-07-22 15:04共享内存实现分为两个步骤:一、创建共享内存，使用shmget函数。二、映射共享内存，将这段创建的共享内存映射到具体的进程空间去，使用shmat函数由于这种方式是直接对用户空间的内存进行映射，故效率较高，使用起来也方便；但需要注意的是，多个进程并发访问共享内存时的同步控制问题，可用信号量操作解决。系统调用：shmget( ) ;原型：int shmget ( key_t key, int size, int shmflg ); 返回值：如果成功，返回共享内存段标识符。 如果失败，则返回- 1： errno = EINVAL (无效的内存段大小) EEXIST (内存段已经存在，无法创建) EIDRM (内存段已经被删除) ENOENT (内存段不存在) EACCES (权限不够) ENOMEM (没有足够的内存来创建内存段)函数中的key_t如何获得已经在上一篇文章中说明了系统调用：shmat();原型：int shmat ( int shmid, char *shmaddr, int shmflg); 返回值：如果成功，则返回共享内存段连接到进程中的地址。 如果失败，则返回- 1： errno = EINVAL (无效的IPC ID 值或者无效的地址) ENOMEM (没有足够的内存) EACCES (存取权限不够)当一个进程不在需要共享的内存段时，它将会把内存段从其地址空间中脱离。系统调用：shmdt();调用原型：int shmdt ( char *shmaddr ); 返回值：如果失败，则返回- 1： errno = EINVAL (无效的连接地址）举例：shm1.c#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include int main() key_t ipckey; int shmid; int i; char *addr_c; char srcbuf8=abcdefg; ipckey=ftok(/home/yds/tmp/shmipc,0); shmid=shmget(ipckey,1024,IPC_CREAT|0666); if(shmid=-1) printf(creat shm error!n); return -1; addr_c=(char *)shmat(shmid,0,0); if(int)addr_c=-1) printf(attach shm error!n); return -1; while(1) for(i=0;istrlen(srcbuf);i+) srcbufi=srcbufi+1; strcpy(addr_c,srcbuf); sleep(1); shmdt(addr_c); return 0; shm2.c#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include int main() key_t ipckey; int shmid; int i; char *addr_c; ipckey=ftok(/home/yds/tmp/shmipc,0); shmid=shmget(ipckey,1024,IPC_CREAT|0666); if(shmid=-1) printf(creat shm error!n); return -1; addr_c=(char *)shmat(shmid,0,0); if(int)addr_c=-1) printf(attach shm error!n); return -1; while(1) sleep(2); printf(string(shm) is:%sn,addr_c); shmdt(addr_c); return 0; 以上两个程序shm1.c先运行，shm2.c后运行 由于没有采用信号量机制对进程进行同步，所以只能先人为规定一下执行顺序了，只在说明问题，不在实用。进程shm1负责每秒钟向共享内存中写入数据， shm2负责每两秒从共享内存中读数据，这个例子中key_t ipckey 保证操作的共享内存是同一个。上一篇文章有关于key_t的解释标题：Linux共享内存和信号量的实例2011-03-09 17:25:51#include #include#include#include#include#include#include#define MAXSHM 5 /定义缓冲区数组的下标变量个数/* 定义3个信号量的内部标识 */int fullid;int emptyid;int mutexid;/* 主函数 */int main()/* 定义2个共享内存的ID */int arrayid;int getid;/* 定义共享内存虚拟地址 */int *array;int *get;/* 创建共享内存 */arrayid=shmget(IPC_PRIVATE,sizeof(int) *MAXSHN,IPC_CREAT|0666);getid=shmget(IPC_PRIVATE,sizeof(int),IPC_CREAT|0666);/* 初始化共享内存 */array=(int *) shmat(arrayid,0,0);get=(int *) shmat(getid,0,0);*get=0;/* 定义信号量数据结构 */struct sembuf P,V;union semun arg;/* 创建信号量 */fullid=semget(IPC_PRIVATE,1,IPC_CREAT|0666);emptyid=semget(IPC_PRIVATE,1,IPC_CREAT|0666);mutexid=semget(IPC_PRIVATE,1,IPC_CREAT|0666);/*初始化信号量 */arg.val=0; /初始时缓冲区中无数据if(semctl(fullid,0,SETVAL,arg)=-1)perror(“semctl setval error”);arg.val=MAXSHM; /初始时缓冲区中有5个空闲的数组元素if(semctl(emptyid,0,SETVAL,arg)=-1)perror(“semctl setval error”);arg.val=1; /初始时互斥信号为1，允许一个进程进入if(semctl(mutexid,0,SETVAL,arg)=-1)perror(“semctl setval error”);/* 初始化 P V操作 */P.sem_num=0;P.sem_op=-1;P.sem_flg=SEM_UNDO;V.sem_num=0;V.sem_op=1;V.sem_flg=SEM_UNDO;/* 生产者进程 */if(fork()=0)int i=0;int set=0;while(i10)semop(emptyid,&P,1); /对 emptyid执行P操作semop(mutexid,&P,1); /对 mutexid执行 P操作arrayset%MAXSHM=i+1;printf(“Producer put number %d to No.%dn”,arrayset%MAXSHM,set%MAXSHM);set+; /写计数加1semop(mutexid,&V,1); /对mutexid执行 V 操作semop(fullid,&V,1); /对fullid执行 V 操作i+;sleep(3); /SLEEP 3秒，等待消费者进程执行完毕printf(“Poducer if overn”);exit(0);else/* 消费者A进程 */if(fork()=0)while(1)if(*get=10)break;semop(fullid,&P,1); /对fullid执行 P 操作semop(mutexid,&P,1); /对mutexid执行 P 操作printf(“The ConsumerA get number from No.%dn”,(*get)%MAXSHM);(*get)+; /读计数加1semop(mutexid,&V,1); /对mutexid执行 V 操作semop(emptyid,&V,1); /对fullid执行 V 操作sleep(1);printf(“ConsunerA is overn”);exit(0);else/*消费者B进程 */if(fork()=0)while(1)if(*get=10)break;semop(fullid,&P,1); /对fullid执行 P 操作semop(mutexid,&P,1); /对mutexid执行 P 操作printf(“The ConsumerA get number from No.%dn”,(*get)%MAXSHM);(*get)+; /读计数加1semop(mutexid,&V,1); /对mutexid执行 V 操作semop(emptyid,&V,1); /对emptyid执行 V 操作sleep(1);printf(“ConsunerB is overn”);exit(0);/* 父进程返回后回收3个子进程 */wait(0);wait(0);wait(0);/* 断开并撤消2个共享内存 */shmdt(array);shmctl(arrayid,IPC_RMID,0);shmctl(get);shmctl(getid,IPC_RMID,0);/* 撤消3个信号量集 */semctl(emptyid,IPC_RMID,0);semctl(fullid,IPC_RMID,0);semctl(mutexid,IPC_RMID,0);exit(0);1. /*server.c:向共享内存中写入People*/2. #include 3. #include 4. #include 5. #include 6. 7. intmain()8. 9. structPeople10. charname10;11. intage;12. ;13. 14. intsemid;15. intshmid;16. key_tsemkey;17. key_tshmkey;18. semkey=ftok(server.c,0);19. shmkey=ftok(client.c,0);20. 21. /*创建共享内存和信号量的IPC*/22. semid=semget(semkey,1,0666|IPC_CREAT);23. if(semid=-1)24. printf(creatsemisfail/n);25. shmid=shmget(shmkey,1024,0666|IPC_CREAT);26. if(shmid=-1)27. printf(creatshmisfail/n);28. 29. /*设置信号量的初始值，就是资源个数*/30. unionsemun31. intval;32. structsemid_ds*buf;33. ushort*array;34. sem_u;35. 36. sem_u.val=1;37. semctl(semid,0,SETVAL,sem_u);38. 39. /*将共享内存映射到当前进程的地址中，之后直接对进程中的地址addr操作就是对共享内存操作*/40. 41. structPeople*addr;42. addr=(structPeople*)shmat(shmid,0,0);43. if(addr=(structPeople*)-1)44. printf(shmshmatisfail/n);45. 46. /*信号量的P操作*/47. voidp()48. 49. structsembufsem_p;50. sem_p.sem_num=0;51. sem_p.sem_op=-1;52. if(semop(semid,&sem_p,1)=-1)53. printf(poperationisfail/n);54. 55. 56. /*信号量的V操作*/57. voidv()58. 59. structsembufsem_v;60. sem_v.sem_num=0;61. sem_v.sem_op=1;62. if(semop(semid,&sem_v,1)=-1)63. printf(voperationisfail/n);64. 65. 66. /*向共享内存写入数据*/67. p();68. strcpy(*addr).name,xiaoming);69. /*注意：此处只能给指针指向的地址直接赋值，不能在定义一个structPeoplepeople_1;addr=&people_1;因为addr在addr=(structPeople*)shmat(shmid,0,0);时,已经由系统自动分配了一个地址，这个地址与共享内存相关联，所以不能改变这个指针的指向，否则他将不指向共享内存，无法完成通信了。70. 注意：给字符数组赋值的方法。刚才太虎了。*/71. (*addr).age=10;72. v();73. 74. /*将共享内存与当前进程断开*/75. if(shmdt(addr)=-1)76. printf(shmdtisfail/n);77. 78. cpp:nogutter view plaincopyprint?1. /*client.c:从共享内存中读出People*/2. #include 3. #include 4. #include 5. #include 6. 7. intmain()8. 9. intsemid;10. intshmid;11. key_tsemkey;12. key_tshmkey;13. semkey=ftok(server.c,0);14. shmkey=ftok(client.c,0);15. 16. structPeople17. charname10;18. intage;19. ;20. 21. /*读取共享内存和信号量的IPC*/22. semid=semget(semkey,0,0666);23. if(semid=-1)24. printf(creatsemisfail/n);25. shmid=shmget(shmkey,0,0666);26. if(shmid=-1)27. printf(creatshmisfail/n);28. 29. /*将共享内存映射到当前进程的地址中，之后直接对进程中的地址addr操作就是对共享内存操作*/30. structPeople*addr;31. addr=(structPeople*)shmat(shmid,0,0);32. if(addr=(structPeople*)-1)33. printf(shmshmatisfail/n);34. 35. /*信号量的P操作*/36. voidp()37. 38. structsembufsem_p;39. sem_p.sem_num=0;40. sem_p.sem_op=-1;41. if(semop(semid,&sem_p,1)=-1)42. printf(poperationisfail/n);43. 44. 45. /*信号量的V操作*/46. voidv()47. 48. structsembufsem_v;49. sem_v.sem_num=0;50. sem_v.sem_op=1;51. if(semop(semid,&sem_v,1)=-1)52. printf(voperationisfail/n);53. 54. 55. /*从共享内存读出数据*/56. p();57. printf(name:%s/n,addr-name);58. printf(age:%d/n,addr-age);59. v();60. 61. /*将共享内存与当前进程断开*/62. if(shmdt(addr)=-1)63. printf(shmdtisfail/n);64. 65. /*IPC必须显示删除。否则会一直留存在系统中*/66. if(semctl(semid,0,IPC_RMID,0)=-1)67. printf(semctldeleteerror/n);68. if(shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL)=-1)69. printf(shmctldeleteerror/n);70. 这里是比较通俗的解析：2.3.3 共享内存 共享内存是运行在同一台机器上的进程间通信最快的方式，因为数据不需要在不同的进程间复制。通常由一个进程创建一块共享内存区，其余进程对这块内存区进行读写。得到共享内存有两种方式：映射/dev/mem设备和内存映像文件。前一种方式不给系统带来额外的开销，但在现实中并不常用，因为它控制存取的将是实际的物理内存，在Linux系统下，这只有通过限制Linux系统存取的内存才可以做到，这当然不太实际。常用的方式是通过shmXXX函数族来实现利用共享内存进行存储的。 首先要用的函数是shmget，它获得一个共享存储标识符。 #include #include #include int shmget(key_t key, int size, int flag); 这个函数有点类似大家熟悉的malloc函数，系统按照请求分配size大小的内存用作共享内存。Linux系统内核中每个IPC结构都有的一个非负整数的标识符，这样对一个消息队列发送消息时只要引用标识符就可以了。这个标识符是内核由IPC结构的关键字得到的，这个关键字，就是上面第一个函数的key。数据类型key_t是在头文件sys/types.h中定义的，它是一个长整形的数据。在我们后面的章节中，还会碰到这个关键字。 当共享内存创建后，其余进程可以调用shmat（）将其连接到自身的地址空间中。 void *shmat(int shmid, void *addr, int flag); shmid为shmget函数返回的共享存储标识符，addr和flag参数决定了以什么方式来确定连接的地址，函数的返回值即是该进程数据段所连接的实际地址，进程可以对此进程进行读写操作。 使用共享存储来实现进程间通信的注意点是对数据存取的同步，必须确保当一个进程去读取数据时，它所想要的数据已经写好了。通常，信号量被要来实现对共享存储数据存取的同步，另外，可以通过使用shmctl函数设置共享存储内存的某些标志位如SHM_LOCK、SHM_UNLOCK等来实现。 2.3.4 信号量 信号量又称为信号灯，它是用来协调不同进程间的数据对象的，而最主要的应用是前一节的共享内存方式的进程间通信。本质上，信号量是一个计数器，它用来记录对某个资源（如共享内存）的存取状况。一般说来，为了获得共享资源，进程需要执行下列操作： （1） 测试控制该资源的信号量。 （2） 若此信号量的值为正，则允许进行使用该资源。进程将进号量减1。 （3） 若此信号量为0，则该资源目前不可用，进程进入睡眠状态，直至信号量值大于0，进程被唤醒，转入步骤（1）。 （4） 当进程不再使用一个信号量控制的资源时，信号量值加1。如果此时有进程正在睡眠等待此信号量，则唤醒此进程。 维护信号量状态的是Linux内核操作系统而不是用户进程。我们可以从头文件/usr/src/linux/include/linux/sem.h中看到内核用来维护信号量状态的各个结构的定义。信号量是一个数据集合，用户可以单独使用这一集合的每个元素。要调用的第一个函数是semget，用以获得一个信号量ID。 #include #include #include int semget(key_t key, int nsems, int flag); key是前面讲过的IPC结构的关键字，它将来决定是创建新的信号量集合，还是引用一个现有的信号量集合。nsems是该集合中的信号量数。如果是创建新集合（一般在服务器中），则必须指定nsems；如果是引用一个现有的信号量集合（一般在客户机中）则将nsems指定为0。 semctl函数用来对信号量进行操作。 int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg); 不同的操作是通过cmd参数来实现的，在头文件sem.h中定义了7种不同的操作，实际编程时可以参照使用。 semop函数自动执行信号量集合上的操作数组。 int semop(int semid, struct sembuf semoparray, size_t nops); semoparray是一个指针，它指向一个信号量操作数组。nops规定该数组中操作的数量。 下面，我们看一个具体的例子，它创建一个特定的IPC结构的关键字和一个信号量，建立此信号量的索引，修改索引指向的信号量的值，最后我们清除信号量。在下面的代码中，函数ftok生成我们上文所说的唯一的IPC关键字。cpp:nogutter view plaincopyprint?1. #include 2. #include 3. #include 4. #include 5. voidmain()6. key_tunique_key;/*定义一个IPC关键字*/7. intid;8. structsembuflock_it;9. unionsemunoptions;10. inti;11. 12. unique_key=ftok(.,a);/*生成关键字，字符a是一个随机种子*/13. /*创建一个新的信号量集合*/14. id=semget(unique_key,1,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);15. printf(semaphoreid=%d/n,id);16. options.val=1;/*设置变量值*/17. semctl(id,0,SETVAL,options);/*设置索引0的信号量*/18. 19. /*打印出信号量的值*/20. i=semctl(id,0,GETVAL,0);21. printf(valueofsemaphoreatindex0is%d/n,i);22. 23. /*下面重新设置信号量*/24. lock_it.sem_num=0;/*设置哪个信号量*/25. lock_it.sem_op=-1;/*定义操作*/26. lock_it.sem_flg=IPC_NOWAIT;/*操作方式*/27. if(semop(id,&lock_it,1)=-1)28. printf(cannotlocksemaphore./n);29. exit(1);30. 31. 32. i=semctl(id,0,GETVAL,0);33. printf(valueofsemaphoreatindex0is%d/n,i);34. 35. /*清除信号量*/36. semctl(id,0,IPC_RMID,0);37. Linux进程间通信源码剖析，共享内存(shmget函数详解) 分类： 嵌入式/Linux/Wince/OSE 2010-12-22 23:18 2058人阅读 评论(1) 收藏 举报 shmgetint shmget(key_tkey, size_tsize, intflag);key: 标识符的规则size:共享存储段的字节数flag:读写的权限返回值：成功返回共享存储的id，失败返回-1key_t key- key标识共享内存的键值:0/IPC_PRIVATE。 当key的取值为IPC_PRIVATE，则函数shmget()将创建一块新的共享内存；如果key的取值为0，而参数shmflg中设置了IPC_PRIVATE这个标志，则同样将创建一块新的共享内存。 在IPC的通信模式下，不管是使用消息队列还是共享内存，甚至是信号量，每个IPC的对象(object)都有唯一的名字，称为“键”(key)。通过“键”，进程能够识别所用的对象。“键”与IPC对象的关系就如同文件名称之于文件，通过文件名，进程能够读写文件内的数据，甚至多个进程能够共用一个文件。而在IPC的通讯模式下，通过“键”的使用也使得一个IPC对象能为多个进程所共用。 Linux系统中的所有表示System V中IPC对象的数据结构都包括一个ipc_perm结构，其中包含有IPC对象的键值，该键用于查找System V中IPC对象的引用标识符。如果不使用“键”，进程将无法存取IPC对象，因为IPC对象并不存在于进程本身使用的内存中。 通常，都希望自己的程序能和其他的程序预先约定一个唯一的键值，但实际上并不是总可能的成行的，因为自己的程序无法为一块共享内存选择一个键值。因此，在此把key设为IPC_PRIVATE，这样，操作系统将忽略键，建立一个新的共享内存，指定一个键值，然后返回这块共享内存IPC标识符ID。而将这个新的共享内存的标识符ID告诉其他进程可以在建立共享内存后通过派生子进程，或写入文件或管道来实现。int size(单位字节Byte)- size是要建立共享内存的长度。所有的内存分配操作都是以页为单位的。所以如果一段进程只申请一块只有一个字节的内存，内存也会分配整整一页(在i386机器中一页的缺省大小PACE_SIZE=4096字节)这样，新创建的共享内存的大小实际上是从size这个参数调整而来的页面大小。即如果size为1至4096，则实际申请到的共享内存大小为4K(一页)；4097到8192，则实际申请到的共享内存大小为8K(两页)，依此类推。int shmflg- shmflg主要和一些标志有关。其中有效的包括IPC_CREAT和IPC_EXCL，它们的功能与open()的O_CREAT和O_EXCL相当。 IPC_CREAT 如果共享内存不存在，则创建一个共享内存，否则打开操作。 IPC_EXCL 只有在共享内存不存在的时候，新的共享内存才建立，否则就产生错误。 如果单独使用IPC_CREAT，shmget()函数要么返回一个已经存在的共享内存的操作符，要么返回一个新建的共享内存的标识符。如果将IPC_CREAT和IPC_EXCL标志一起使用，shmget()将返回一个新建的共享内存的标识符；如果该共享内存已存在，或者返回-1。IPC_EXEL标志本身并没有太大的意义，但是和IPC_CREAT标志一起使用可以用来保证所得的对象是新建的，而不是打开已有的对象。对于用户的读取和写入许可指定SHM_R和SHM_W,(SHM_R3)和(SHM_W3)是一组读取和写入许可，而(SHM_R6)和(SHM_W6)是全局读取和写入许可。返回值-成功返回共享内存的标识符；不成功返回-1，errno储存错误原因。 EINVAL 参数size小于SHMMIN或大于SHMMAX。 EEXIST 预建立key所致的共享内存，但已经存在。 EIDRM 参数key所致的共享内存已经删除。 ENOSPC 超过了系统允许建立的共享内存的最大值(SHMALL )。 ENOENT 参数key所指的共享内存不存在，参数shmflg也未设IPC_CREAT位。 EACCES 没有权限。 ENOMEM 核心内存不足。struct shmid_ds- shmid_ds数据结构表示每个新建的共享内存。当shmget()创建了一块新的共享内存后，返回一个可以用于引用该共享内存