技術標籤：c++ fork 程序時 共享記憶體fork子程序shmget共享資料到父程序linux 管道linux管道

今天要分享的是Linux程序的同步機制，包括管道和IPC。之前學習的訊號也有控制程序同步的作用，但是訊號僅僅傳輸很少的資訊，而且系統開銷大，所以這裡再介紹幾種其他的程序同步機制。在之前的一篇文章中有提到相關內容，但是當時沒有詳細展開，可以回顧一下：Linux筆記(10)| 程序概述。 一、管道(無名管道) 一般說管道都是指無名 管道(也稱匿名管道)，有名管道(也稱命名管道)不會直接說管道，肯定會加上字首。管道是Linux下最常見的程序間的通訊方式之一，它是在兩個程序之間實現一個數據流通的通道。它有以下特點：1、管道一般是半雙工的，資料只能向一個方向流動。2、通常只能在父子程序或者兄弟程序之間使用。3、管道是一種特殊的檔案，並且只存在於記憶體當中……接下來說一下管道的使用：建立管道

int pipe(int pipefd[2]);
 

輸入引數是一個數組，實際上這個輸入引數是當做輸出來用的，呼叫這個函式，成功的話數組裡就會儲存兩個檔案描述符，並且返回0，失敗返回-1.其中檔案描述符fd[0]是讀端，fd[1]是寫端，這是固定不變的。剛剛我們也說了，建立管道肯定是為了父子程序或者兄弟程序之間通訊的，單獨在一個程序裡面使用管道毫無意義。所以父程序建立好管道之後，再呼叫fork函式建立子程序，子程序就會繼承那個管道，於是父子間可以約定誰來讀，誰來寫。因為是半雙工通訊，所以只能一個讀，一個寫，如果想要兩端都能讀寫，那就要建立兩個管道。比如父程序讀，子程序寫，那麼父程序可以先close(fd[1]),然後read(fd[0]),子程序先close(fd[0]),然後write(fd[1]).讀寫的時候只要把他當做普通的檔案就行了，和普通的檔案描述符的讀寫一樣，但是有一點不一樣的是普通檔案讀完了資料還在，而管道讀完之後資料就沒了。 二、有名管道管道只能在有親緣關係的程序之間實現通訊，但是有名管道可以在任何兩個程序之間實現通訊。有名管道嚴格遵循先進先出的規則，不支援lseek函式等檔案定位操作。首先建立一個有名管道：

int mkfifo(const char*pathname,mode_t mode);
 

pathname引數是一個普通的路徑名，也就是建立後有名管道檔案的名字，mode引數是檔案的操作許可權，呼叫成功返回0，呼叫失敗返回-1.接下來就可以使用open或者fopen函式開啟剛剛建立的有名管道檔案，對其進行讀寫操作了。 三、System VIPC機制IPC機制由訊息佇列、訊號量以及共享記憶體三種具體實現方法組成。首先要了解兩個概念， 識別符號和 關鍵字。每一個IPC結構(訊息佇列或者訊號量或者共享記憶體)都有一個識別符號，這是一個非負整數，每建立一個IPC結構，相應的識別符號就會加1，這個識別符號在相同的結構中是唯一的，也就是說，如果“666”是某個訊息佇列的識別符號，那麼肯定不會有第二個訊息佇列的識別符號也是“666”。但是需要注意的是，可能某個共享記憶體的識別符號也是“666”。 於是，還得用一個東西來區分，那就是關鍵字了 。所以，根據關鍵字和識別符號可以唯一確定一個IPC結構。 IPC的關鍵字一般可以使用IPC_PRIVATE，也可以使用ftok函式獲得，他們有一些區別，後面會提到。 ftok函式的使用：

key_tftok(constchar*pathname,int proj_id);
 

ftok函式是用於將一個路徑和專案ID轉換為關鍵字，第一個引數必須是一個存在的、可以訪問的檔案路徑名，第二個引數 專案ID只有低八位有效。 在建立一個IPC物件的時候，他們有一些共同的特點： 我們先來看一下IPC物件建立函式： 1、建立訊息佇列

intmsgget(key_tkey,intmsgflg);

2、建立訊號量

int semget(key_t key,int nsems,int semflg);

3、建立共享記憶體

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

可以發現，他們都有一個關鍵字key，都有一個flag引數。在使用上，也有一些共同的特點：當key使用IPC_PRIVATE時，作業系統保證建立一個唯一的IPC物件，此時flag引數僅決定物件的存取許可權。當key使用ftok函式得到的關鍵字時，flag引數不僅決定物件的存取許可權，還和建立方式有關，具體就是：設定flag引數的IPC_CREAT位，但不設定IPC_EXCL位，如果不存在指定key的IPC物件，就建立，如果存在，就返回該物件。同時設定 IPC_C REAT位和 IPC_ EXCL位，如果物件不存在就建立，如果已經存在，則返回錯誤。這和檔案操作函式open是類似的。接下來介紹一下各個IPC物件涉及到的API函式。由於具體的細節比較多，這裡就不一一羅列了，可以使用man手冊來檢視具體細節。1、訊息佇列建立：用來建立或者開啟一個訊息佇列

int msgget(key_t key,int msgflg);

控制：其中cmd命令引數可以獲取或者設定buf裡的內容，也可以刪除這個訊息佇列(看具體的引數設定)

intmsgctl(intmsqid,int cmd,struct msqid_ds *buf);

傳送：向訊息佇列裡傳送訊息

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

接收：從訊息佇列接受訊息

ssize_tmsgrcv(intmsqid,void*msgp,size_tmsgsz,longmsgtyp,intmsgflg);

2、訊號量建立： 用來建立或者開啟一個訊號量

int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

操作：可以申請或者釋放訊號量。

int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);

控制：可以設定或返回訊號量的值，可以刪除訊號量

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

3、共享記憶體建立：用來建立或者開啟一個共享記憶體。

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

連線：將共享記憶體附加到程序裡的地址空間(有點像對映)

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

脫離：將共享記憶體和程序地址空間脫離，但不刪除共享記憶體本身

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

設定屬性：可以設定或者返回buf裡的內容，也可以刪除共享記憶體。

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

接下來寫一段程式碼，需求是：建立一個共享記憶體，子程序寫入資料，父程序讀出資料，同時使用訊號量來對讀寫進行保護

#include #include #include #include #include #include #include #include #define  SHMSIZE  128int main(int argc,char* argv[]){  if(argc !=2){    printf("please input param\n");    exit(0);  }  key_t semkey,shmkey;  int semid,shmid,pid;  char* shmp;  struct sembuf locksembuf={0,-1,SEM_UNDO};  struct sembuf unlocksembuf={0,1,SEM_UNDO|IPC_NOWAIT};  struct shmid_ds shmdsbuff;  semkey=ftok(argv[1],0);  if(semkey==-1){    printf("semkey ftok failed\n");    exit(0);  }  shmkey=ftok(argv[1],1);  if(semkey==-1){    printf("shmkey ftok failed\n");    exit(0);  }  semid=semget(semkey,1,IPC_CREAT | 0666);        //建立訊號量  if(semid==-1){    perror("semget");    exit(0);  }  shmid=shmget(shmkey,SHMSIZE,0666 | IPC_CREAT );      //建立共享記憶體  if(shmid==-1)      {    perror("shmget");    exit(0);  }  printf("creat share memory success\n");  shmp=shmat(shmid,NULL,0);                             //連線共享記憶體(對映地址)  if((long)shmp==-1)  {     perror("shmat failed\n");    exit(0);  }  pid=fork();  if(pid<0)  {    perror("fork failed\n");    exit(0);  }    else if(pid==0)                              //子程序  {    printf("creat child process success\n");    if(semctl(semid,0,SETVAL,1)<0)             //初始化訊號量為1    {      perror("semctl");      exit(0);    }    if(semop(semid,&locksembuf,1)==-1)          //申請資源    {      perror("semop");      exit(0);    }    sleep(4);    strcpy(shmp,"hello world\n");    if(shmdt((void*)shmp)<0)        //使共享記憶體脫離程序地址空間    {      perror("shmdt");      exit(0);    }    if(semop(semid,&unlocksembuf,1)<0)      //解鎖臨界資源    {      perror("child process unlock semop");      exit(0);    }  }  else                                      //父程序  {    printf("This is parent process\n");    sleep(1);    int ret=semop(semid,&locksembuf,1);    if(ret<0)    {      perror("parent process semop lock");      exit(0);    }    if(shmctl(shmid,IPC_STAT,&shmdsbuff)<0)      //父程序獲取共享記憶體的資訊    {      perror("shmctl");      exit(0);    }        else{      printf("get shm success\n");      printf("Shared Memory Infomation:\n");      printf("\tCreator PID:%d\n",shmdsbuff.shm_cpid);      printf("\tSize(bytes):%ld\n",shmdsbuff.shm_segsz);      printf("\tLast Operator PID :%d\n",shmdsbuff.shm_lpid);      printf("Receive message:%s\n",(char*)shmp);    }    if(shmdt((void*)shmp)<0)    {      perror("parent process shmdt");      exit(0);    }    ret=semop(semid,&unlocksembuf,1);    if(ret<0)    {      perror("parent process semop");      exit(0);    }    if(shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL)<0)    {      perror("shmctl RMID");      exit(0);    }    if(semctl(semid,0,IPC_RMID,NULL)<0)    {      perror("semctl RMID");      exit(0);    }  }  return 0;}

接下來編譯執行

gcc sem.c./a.outa.txt//注意，當前目錄下需要有一個a.txt，其他檔案也行

輸出：

以上就是今天的內容。