Linux 系统编程：System V IPC--＞共享内存高效通信原理

目录

system v IPC对象 共享内存、消息队列、信号灯集

原理

1、创建key值

功能

参数

2、共享内存

申请一块共享内存 

功能

参数

返回值:

注意

查看IPC对象

删除IPC对象

共享内存映射

功能

参数

返回值

撤销共享内存映射

返回值

删除共享内存

功能

进程间通信小结

同主机内

传统的进程间通信方式

管道

信号

system V 进程间通信方式

不同主机

socket

system v IPC对象 共享内存、消息队列、信号灯集

原理

• 进程都是通过IPC对象唯一的名字,称为键key,
• 找到IPC对象,但内核还是通过IPC对象的ID来找到它.
• 不同进程只要获得同一IPC对象的键key,
• 就可以实现操作同一IPC对象,从而实际进程间通信

进程a和进程b能实现通信是因为：它们通过一个key值，来找到共享内存的id号

在System V（系统5）通信中，第一步先创建一个key值，只要创建方式一样，就是同一个key值；第二步建立key值和IPC之间对应的关系；第三步，结合对应IPC对象的操作逻辑实现操作，最终用完之后销毁。

1、创建key值

key_t ftok(const char* pathname,int proj_id);

功能

• 获得key值

参数

• pathname：一个已经存在的文件路径（避免传"."）
• proj_id：只会使用它的低八位

例：key_t key = ftok("/home/will/",'i');

2、共享内存

共享内存效率高是因为它直接使用一块内核空间

申请一块共享内存 

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/shm.h>

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

功能

• 申请一块指定大小共享内存

参数

key 

获得key方法

•         IPC_PRIVATE : 在亲缘间进程通信使用 
•         ftok()函数获得key :可用于非亲缘关系的进程间

size  

• 申请的大小,(分配的实际大小是4K的倍数，但可用的大小为申请大小)

shmflg  

•         IPC_CREAT | 0666  对应的共享内存段不存在，则创建, 存在直接返回ID 
•         IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666 
• 如果对应的共享内存段已经存在，此时shmget调用失败,错误码设为EEXIST 

返回值:

• 成功返回共享内存id；失败返回-1 

注意

• 当key值对应的共享内存ID不存在,此时会申请一块新的共享内存区域
• 当key值对应的共享内存ID存在，此时直接返回已经存在的共享内存ID  

查看IPC对象

ipcs -m/-q/-s 

删除IPC对象

ipcrm -m/-q/-s  ID

-m:memory 

-q:queue 

-s:semaphore

练习:探测共享内存是否存在，如果存在，报错，如果不存在，则创建

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
//1.创建key值
key_t key = ftok("/",'A');
if(key < 0)
{
perror("ftok fail");
return -1;
}
printf("key:%#x\\n",key);

//2.shmget：创建共享内存对象并建立和key关系
int shmid = 0;
if((shmid = shmget(key,1024,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666))<0)
{
perror("shmget fail");
return -1;
}
printf("id:%d\\n",shmid);
return 0;
}

共享内存映射

#include <sys/types.h>

#include <sys/shm.h>

void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

功能

• 映射共享内存到进程的私有地址空间

参数

    shmid   共享内存段的标识

    shmaddr NULL        让系统自动完成映射

    shmflg  0           映射可以读写;

            SHM_RDONLY  映射后只能读

返回值

• 成功返回映射后的地址
• 失败返回 (void *)-1,并置errno

注意:进程结束，映射自动撤销

撤销共享内存映射

int shmdt(const void *shmaddr); 

返回值

• 成功返回0
• 失败返回-1,并置errno

注意给shmdt传的地址必须是shmat获得的!

删除共享内存

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/shm.h>

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

功能

• 对共享内存进行控制
• 若cmd参数设置为IPC_RMID,可实现删除共享内存

注意：删除共享内存并不是只要有进程删除就立刻删除，而是当映射次数为0时才会真正删除。

例：删除共享内存

shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);

write.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
//1.创建key值
key_t key = ftok("/",'A');
if(key < 0)
{
perror("ftok fail");
return -1;
}
printf("key:%#x\\n",key);

//2.shmget：创建共享内存对象并建立和key关系
int shmid = 0;
if((shmid = shmget(key,1024,IPC_CREAT|0666))<0)
{
perror("shmget fail");
return -1;
}
printf("id:%d\\n",shmid);

//3.映射共享内存
int* p=shmat(shmid,NULL,0);
if(p == (void*)-1)
{
perror("shmat fail");
return -1;
}

//4.已经获得一块可使用的内存空间
*p = 100;

//5.解除映射
if(shmdt(p) < 0)
{
perror("shmdt fail");
return -1;
}

//6.删除共享内存
shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);

return 0;
}

read.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
//1.创建key值
key_t key = ftok("/",'A');
if(key < 0)
{
perror("ftok fail");
return -1;
}
printf("key:%#x\\n",key);

//2.shmget：创建共享内存对象并建立和key关系
int shmid = 0;
if((shmid = shmget(key,1024,IPC_CREAT|0666))<0)
{
perror("shmget fail");
return -1;
}
printf("id:%d\\n",shmid);

//3.映射共享内存
int* p=shmat(shmid,NULL,0);
if(p == (void*)-1)
{
perror("shmat fail");
return -1;
}

//4.已经获得一块可使用的内存空间
printf("*p:%d\\n",*p);

//5.解除映射
if(shmdt(p) < 0)
{
perror("shmdt fail");
return -1;
}

//6.删除共享内存
shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);

return 0;
}

进程间通信小结

同主机内

传统的进程间通信方式

管道

• 无名管道———亲缘关系      pipe
• 有名管道———亲缘/非亲缘（任意进程）   mkfifo

信号

• 软中断
• siganal
• kill
• pause

system V 进程间通信方式

• 共享内存：ftok shmget shmat shmdt shmctl
• 消息队列
• 信号量集

不同主机

socket

套接字