Linux进程间通信 共享内存+信号量+简单例子

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。

若有错误欢迎指出。