使用共享内存进行通信的代码和运行情况分析,共享内存的特点(拷贝次数,访问控制),加入命名管道进行通信的代码和运行情况分析

目录

示例代码

头文件(comm.hpp)

log.hpp

基础版 -- 服务端

代码

运行情况

加入客户端

代码

运行情况

两端进行通信 

客户端

代码

注意点

服务端

代码

两端运行情况

共享内存特点

拷贝次数少

管道的拷贝次数

共享内存的拷贝次数

没有访问控制

管道

共享内存

并发问题

添加访问控制(通过管道)

代码

头文件

服务端

客户端

运行情况

我们已经介绍了共享内存多个接口的使用,接下来就开始实际调用一下吧

示例代码

头文件(comm.hpp)

#ifndef COMM_H
#define COMM_H#include <iostream>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string>
#include <fcntl.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include "log.hpp"
#include <assert.h>using namespace std;#define PATH_NAME "/home/mufeng"
#define PROJ_ID 0x1234
#define SUM_SIZE 4096#endif

log.hpp

我们将不同的报错信息分成4种等级

#pragma once#include <iostream>
#include <string>
#include <time.h>using namespace std;#define debug 0
#define notice 1
#define warning 2
#define error 3const string msg[]{"debug", "notice", "warning", "error"};ostream &log(string message, int level)
{cout << "|" << (unsigned)time(nullptr) << "|" << message << "|" << msg[level] << "|";return cout;
}

基础版 -- 服务端

代码

注意我们使用assert来确保调用成功,并且成功后就进行日志打印

#include"comm.hpp"int main(){key_t key = ftok(PATH_NAME, PROJ_ID);assert(key != -1);(void)key;log("key created success", debug) << ", key : " << key << endl;int shmid = shmget(key, SUM_SIZE, IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);assert(shmid != -1);(void)shmid;log("shm created success", debug) << ", shmid : " << shmid << endl;sleep(3);char *addres = (char *)shmat(shmid, nullptr, 0);log("process link success", debug) << endl;sleep(3);int ret = shmdt(addres);assert(ret != -1);(void)ret;log("process unlink success", debug) << endl;sleep(3);ret = shmctl(shmid, IPC_RMID, nullptr);assert(ret != -1);(void)ret;log("shm unlink success", debug) << endl;sleep(3);return 0;
}

运行情况

监控共享内存的使用情况(while :;do ipcs -m ;sleep 1;done):

  • 连接数从0 -> 1
  • 解除连接后,连接数从1 -> 0
  • 删除后,共享内存块消失

 

加入客户端

代码

相似的操作

但我们的客户端不需要创建新的共享内存,而是使用服务端使用的那个:

int main()
{key_t key = ftok(PATH_NAME, PROJ_ID);if (key < 0){log("key created failed", error) << ", client key : " << key << endl;}int shmid = shmget(key, SUM_SIZE, 0);if (shmid < 0){log("shmid created failed", error) << ", client shmid : " << shmid << endl;}char *addres = (char *)shmat(shmid, nullptr, 0);if (addres == nullptr){log("process link failed", error) << endl;}sleep(3);int ret = shmdt(addres);if (ret < 0){log("process unlink failed", error) << endl;}sleep(3);//这里不需要删除，服务端会将这块内存释放掉return 0;
}

运行情况

连接数从0 -> 1 -> 2 -> 1 -> 0:

 

两端进行通信 

客户端

  • 客户端一般是发送内容给服务端
  • 这里我们将从标准输入(也就是键盘)读入的内容,写入到addres中
  • 如果读到了quit,就退出
代码
//通信while(true){ssize_t size=read(0,addres,SUM_SIZE-1);if(size>0){addres[size-1]=0;if(strcmp(addres,"quit")==0){break;}}}
注意点
  • 我们在输入时,实际上会将按的回车也读入
  • 但我们判断的是"quit",它不包括换行符
  • 所以需要将addres从读入的那个换行符开始,设置为0

服务端

  • 从addres中读取数据
  • 这里我们直接将内容打印
  • 如果读到了quit,就退出
代码

while (true){if (strcmp(addres, "quit") == 0){break;}cout << addres << endl;sleep(2);}

 

两端运行情况

 

共享内存特点

这里我们使用命名管道作为对比的例子,之后会使用管道来完善共享内存

拷贝次数少

管道的拷贝次数

  • 通过管道通信 -- 也就是创建两个文件作为管道的读端和写端
  • 当写入的时候,我们通过键盘输入,输入的数据先被拷贝到我们自己设定的缓冲区(也就是定义的数组)中,然后再被传输到管道文件中
  • 读出也是一样,先要从管道文件到设定的缓冲区,再打印出来,而打印也就是将数据传输到显示器上
  • 所以至少需要四次拷贝

   

共享内存的拷贝次数

  • 共享内存是直接在物理内存上开辟一块空间,然后映射到需要进行通信的进程的地址空间中
  • 写入的时候,输入的内容实际上是直接写入到共享内存中的,不需要经过自定义的缓冲区
  • 打印也同样,直接从共享内存中读出,然后显示到显示器上
  • 所以只需要两次

 

没有访问控制

管道

  • 前面已经操作过了,管道文件只有当双方同时打开时,才会开始通信,否则会阻塞
  • 写满 / 没有写,另一方会等待,而不是一直在读

共享内存

  • 没有任何的控制
  • 从前面的操作可以看到,其中一方的运行不需要依赖另一方
  • 只要写完一句,就直接会被读走
  • 即使没有写,也会一直读 
  • 这样就会导致并发问题
并发问题
  • 可能要传递的信息是很长的,但可能中途就会被服务端读走
  • 这样它就拿不到完整的数据,可能就会导致无法执行相应的操作

添加访问控制(通过管道)

因为管道是有访问控制的,所以可以借助管道,让共享内存也具有访问控制

代码
头文件
// 加入访问控制(通过管道来传递信号,接收到信号才进行读取)#define FIFO_PATH "./fifo"
#define READ O_RDONLY
#define WRITE O_WRONLY | O_TRUNCclass Init //让管道文件具有类的特性,出作用域自动释放
{
public:Init(){umask(0);int ret = mkfifo(FIFO_PATH, 0666);assert(ret == 0);(void)ret;log("fifo created success", notice) << endl;}~Init(){unlink(FIFO_PATH);log("fifo removed success", notice) << endl;}
};void wait_signal(int fd) //读取指定文件内容作为信号
{uint32_t signal = 0;log("waiting ...", notice) << endl;ssize_t size = read(fd, &signal, sizeof signal);assert(size == sizeof(uint32_t));(void)size;
}
void send_signal(int fd) //向指定文件写入signal
{uint32_t signal = 1;ssize_t size = write(fd, &signal, sizeof signal);assert(size == sizeof(uint32_t));(void)size;log("being awakened ...", notice) << endl;
}int open_fifo(string path, int flags) //以指定方式打开创建好的管道文件
{int fd = open(path.c_str(), flags);assert(fd >= 0);return fd;
}
void close_fifo(int fd)
{close(fd);
}
服务端
  • 创建管道文件
  • 等待客户端的信号(也就是等待管道文件中出现内容时)
  • 被唤醒后打印addres中的内容
//通信
// 添加访问控制Init init; // 创建管道文件int fd = open_fifo(FIFO_PATH, READ);while (true){wait_signal(fd); // 等待唤醒if (strcmp(addres, "quit") == 0){break;}cout << addres << endl;}close_fifo(fd); // 通信结束
客户端
  • 打开创建好的管道文件
  • 读取键盘输入内容,存入addres中
  • 成功输入时,向服务端发送信号(也就是向管道写入数据)
 // 添加访问控制int fd = open_fifo(FIFO_PATH, WRITE);while (true){ssize_t size = read(0, addres, SUM_SIZE - 1);if (size > 0){addres[size - 1] = 0; //处理回车符send_signal(fd);if (strcmp(addres, "quit") == 0){break;}}}

 

运行情况

只有一方时,阻塞在管道文件打开的位置:

当客户端接入后:

发送信息时,会将信号和数据都传递给对方:

退出:

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