linux系统进程间通信方式(一)：共享内存

前言

linux系统可以创建多个用户进程，进程之间有多种通信方式，可以使用system-V的IPC对象进行通信；从本文开始，首先介绍system-V IPC之一的共享内存。

一、了解system-V IPC

(一)什么是SYSTEM-V IPC？

linux系统的内核可以创建一些对象（共享内存、消息队列、信号量），这些对象拥有它们自己的标识符（ID），并且每一个对象都是通过一个唯一的key来绑定（识别）它；多个进程可以这些对象来通信，这些内核中的对象被人们称为system-V IPC。

上面讲的这些IPC对象它是存在于内核中，和进程是相互独立的；进程想使用这些IPC对象，那它怎么知道现在用的是哪一个对象呢？所以需要提供一个唯一的值来识别（绑定）这些IPC对象。那么在linux系统里面怎么获取一个唯一的值呢？我们都知道，对于linux系统来说，一切都是文件，文件是唯一的，那么它的inode节点也是唯一的，所以可以利用它来创建一个唯一的值，也就是上面提到的key。

linux提供了一个api函数ftok，它可以帮我们创建一个唯一的key，来绑定一个IPC对象。（创建key的原理这里简述一下：就是通过文件的inode号和一个用户指定的工程id（proj_id）来制作key，具体怎么生成这里不详细展述）

那么多个进程使用这个相同的key，就可以获取到同一个IPC对象的ID，从而使用同一个IPC对象来进行通信。

下面展示一下linux系统中的IPC对象的有关信息（使用命令ipcs）

注意：输入ipcs -m只显示共享内存；输入ipcs -q只显示消息队列；输入ipcs -s只显示信号量

上述的IPC 对象在内核内部使用链表维护，不同的对象使用 IPC 标识符来标识，如消息队列标识符 msqid、共享内存标识符 shmid，信号量标识符 semid。对于用户来说，内核提供了简洁的接口，不同的进程通过指定的key 就可以访问具体的对象。

(二)system-V IPC的特点

1.独立于进程
2.没有文件名和文件描述符
3.IPC对象具有key和ID

二、使用共享内存实现进程间通信（示例）

1.设计意图

实现两个进程通信，一个进程往共享内存写数据，另一个从共享内存读取数据

2.设计思路

1、首先有两个程序：p1.c、p2.c；

2、这两个程序先后运行之后系统会创建两个进程(下面统称为p1、p2)；

3、p1创建一块共享内存、创建两个信号量

4、p2获取这块共享内存、打开信号量

5、p1从键盘获取字符串，然后往共享内存写入数据

6、p2从共享内存读取数据，并打印出数据

7、通信过程使用posix有名信号量实现同步（即p1写完数据p2才能读取数据）

3.代码实现

程序p1.c

#include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <error.h>  #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h>  #include <fcntl.h>           /* For O_* constants */ #include <sys/stat.h>        /* For mode constants */ #include <semaphore.h>  static void free_resource(char *shmaddr, int shmid, sem_t *sem1, sem_t *sem2) { 	int ret;  	ret = shmdt(shmaddr); 	if(ret < 0) 	{ 		perror(shm detach fail); 	} 	 	if(shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL)<0) 	{ 		perror(remove a shm fail); 	} 	 	if(sem_close(sem1) < 0) 	{ 		perror(close sem1 fail); 	}  	if(sem_close(sem2) < 0) 	{ 		perror(close sem2 fail); 	}  	if(sem_unlink(sem1) < 0) 	{ 		perror(remove sem1 fail); 	}  	if(sem_unlink(sem2) < 0) 	{ 		perror(remove sem2 fail); 	} }  int main(int argc, char **argv) { 	key_t key; 	int shmid; 	char *shmaddr = NULL; 	sem_t *sem1 = NULL; 	sem_t *sem2 = NULL; 	int ret;  #if 1 	//首先通过ftok申请一个IPC的key 	key = ftok(./1, 4); 	if((int)key < 0) 	{ 		perror(creat a ipc key fail); 		return -1; 	} 	printf(key value:%d\n, (int)key); #endif  	//申请一块共享内存 	shmid = shmget(key, 100, IPC_CREAT|0666);	 	if(shmid < 0) 	{ 		perror(creat a shm fail); 		return -1; 	}  	//映射到本用户进程 	shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0); 	if((long)shmaddr < 0) 	{ 		perror(shm attach fail); 		return -1; 	}  	//创建一个posix有名信号量 	sem1 = sem_open(sem1, O_CREAT|O_RDWR, 0666, 1); 	if(sem1 == SEM_FAILED) 	{ 		perror(sem1 open fail); 		return -1; 	} 	 	//创建一个posix有名信号量 	sem2 = sem_open(sem2, O_CREAT|O_RDWR, 0666, 0); 	if(sem2 == SEM_FAILED) 	{ 		perror(sem2 open fail); 		return -1; 	} 	 	while(1) 	{ 		//P操作，等待信号量有效 		sem_wait(sem1);  		if(fgets(shmaddr, 11, stdin) != shmaddr) 		{ 			perror(get char from stdin fail); 			return -2; 		}  		//V操作，释放信号量 		sem_post(sem2);  		if(strncmp(quit, shmaddr, 4) == 0) 		{ 			printf(p1 ready toquit\n); 			break; 		} 	} 	 	//释放资源 	free_resource(shmaddr, shmid, sem1, sem2); 	 	return 0; }

程序p2.c

#include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <error.h>  #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h>  #include <fcntl.h>           /* For O_* constants */ #include <sys/stat.h>        /* For mode constants */ #include <semaphore.h>   int main(int argc, char **argv) { 	key_t key; 	int shmid; 	char *shmaddr = NULL; 	sem_t *sem1 = NULL; 	sem_t *sem2 = NULL; 	char read_buf[100] = {0};  #if 1 	//首先通过ftok申请一个IPC的key 	key = ftok(./1, 3); 	if((int)key < 0) 	{ 		perror(creat a ipc key fail); 		return -1; 	} #endif 	 	//申请一块共享内存 	shmid = shmget(key, 100, IPC_CREAT|0666);	 	if(shmid < 0) 	{ 		perror(creat a shm fail); 		return -1; 	}  	//映射到本用户进程 	shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0); 	if((long)shmaddr < 0) 	{ 		perror(shm attach fail); 		return -1; 	}  	//创建一个posix有名信号量 	sem1 = sem_open(sem1, O_CREAT|O_RDWR, 0666, 1); 	if(sem1 == SEM_FAILED) 	{ 		perror(sem1 open fail); 		return -1; 	} 	 	//创建一个posix有名信号量 	sem2 = sem_open(sem2, O_CREAT|O_RDWR, 0666, 0); 	if(sem2 == SEM_FAILED) 	{ 		perror(sem2 open fail); 		return -1; 	} 	 	while(1) 	{ 		//P操作，等待信号量有效 		sem_wait(sem2);  		strncpy(read_buf, shmaddr, 10); 		printf(read info from shm:%s\n, read_buf); 		 		//V操作，释放信号量 		sem_post(sem1);  		if(strncmp(quit, read_buf, 4) == 0) 		{ 			printf(p2 ready toquit\n); 			break; 		} 	} 	 	//释放资源 	 	return 0; }

4.调试过程

新建一个普通文件，用于产生key

touch 1

编译程序：

gcc p1.c -o p1 -pthread
gcc p2.c -o p2 -pthread

打开两个终端，先运行p1，再运行p2

在p1所在终端输入数据，回车，效果如下：

从上图可以看出，p1发送了数据，p2接收到了数据并打印出来。

最后在p1终端输入“quit”，退出进程；p2收到“quit”也退出进程，如下图：

5.参考资料

关于共享内存的api函数如何使用，可以参考下面博主的文章：

版权声明：本文为CSDN博主「艾特号」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/lpwsw/article/details/121932268

总结

以上就是今天要讲的内容，本文介绍了system-V的IPC对象和它的特点，并简要介绍了共享内存实现进程通信的案例。

关于共享内存操作的内容，今后再补充。