【Linux取经路】进程通信——共享内存

文章目录

  • 一、直接原理
    • 1.1 共享内存的的申请
    • 1.2 共享内存的释放
  • 二、代码演示
    • 2.1 shmget
      • 2.1.1 详谈key——ftok
    • 2.2 创建共享内存样例代码
    • 2.3 获取共享内存——进一步封装
    • 2.4 共享内存挂接——shmat
    • 2.5 共享内存去关联——shmdt
    • 2.6 释放共享内存——shmctl
    • 2.7 开始通信
      • 2.7.1 processb 基础代码编写
      • 2.7.2 通信代码编写
  • 三、共享内存的特点
    • 3.1 共享内存 VS 管道
  • 四、拓展内容
    • 4.1 查看共享内存的属性
    • 4.2 借助管道实现共享内存的同步与互斥
  • 五、结语

在这里插入图片描述

一、直接原理

1.1 共享内存的的申请

共享的原理和动态库的共享原理一致,共享内存的申请主要分为以下三步:

  • 操作系统在物理内存上申请一块空间。

  • 将申请到的空间,通过页表挂接到进程地址空间的共享区。

  • 返回起始虚拟地址,供程序中使用。

1.2 共享内存的释放

去关联,释放共享内存。申请、挂接、去关联、释放这些动作都是由操作系统来做的,进程不能自己去做,进程中可以通过 malloc 去申请空间,但是因为进程独立性的存在,一个进程自己 malloc 申请的空间,只属于当前进程,不能由多个进程共享。

image-20240306092506867

系统中可能同时有多组进程 都需要通信,因此系统中可能存在多个共享内存,所以操作系统要把这多个共享内存管理起来。先描述,再组织,操作系统中一定有一个内核结构体是用来描述共享内存的。

二、代码演示

2.1 shmget

shmget 函数用来申请一块共享内存。

image-20240306100932350

  • key:一个数字,是几不重要,关键在于它必须在内核中具有唯一性,能够让不同的共享内存具有唯一性标识。
  • size:创建共享内存的大小,单位是字节。一般建议是4096的整数倍,如果传的是4097,操作系统实际上申请的空间大小是 4096*2,虽然操作系统多申请了,但是多的部分用户不能使用,用了会被判定为越界。
  • shmflg:标记位,常用选项有 IPC_CREAT :如果申请的共享内存不存在,就创建,存在,就获取并返回。IPC_EXCL :如果申请的共享内存存在,就出错返回。IPC_CREAT | IPC_EXCL :如果申请的共享内存不存在,就创建,存在就出错返回。这俩选项一起使用保证了,如果我们申请成功了一个共享内存,这个共享内存一定是一个新的。IPC_EXCL 不单独使用。其次,共享内存的权限也通过这个标志位进行传递。
  • 返回值:创建成功,返回共享内存标识符;创建失败,返回-1。

2.1.1 详谈key——ftok

无论是创建共享内存还是使用共享内存,都需要调用该函数。第一个进程可以通过 key 创建共享内存,第二个之后的进程,只需要拿着同一个 key 就可以和第一个进程看到同一个共享内存。key 在共享内存的描述对象中,第一次创建共享内存的时候,就必须有一个 key。使用 ftok 函数生成一个 key

image-20240306105116360

  • pathname:路径名。
  • proj_id:项目 ID。
  • 返回值:生成成功 key 被返回;生成失败 -1 被返回(路径名如果不存在的话是有可能生成失败的)。

只要这两个参数一样,那么两个进程就可以得到同一个 key 值。

**key值为什么是通过用户传参来生成的,而不是操作系统直接生成的?**因为操作系统不知道哪两个进程需要通信,假设 A 进程和 B 进程进行通信,在 A 进程中操作系统随机生成了一个 key 给 A 进程,此时 B 进程也需要知道 key 值,但是操作系统是不知道 A 进程要和 B 进程进行通信,所以操作系统没办法将这个 key 值交给 B 进程,只有程序员(写代码的人)才知道 A、B 进程之间需要通信。其实 ftok 函数相当于是两个通信进程之间的一种约定,只要它们约定好同一个 pathnameproj_id,那么这两个进程就能得到同一个 key

2.2 创建共享内存样例代码

#ifndef __COMM_HPP__
#define __COMM_HPP__#include <iostream>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <string>
#include "log.hpp"
#include <string.h>
#include <errno.h>
using namespace std;const int size = 4096;
const string path_name = "/home/wcy";
const int proj_id = 0x6666;
Log log;key_t GetKey() // 获取 key
{key_t k = ftok(path_name.c_str(), proj_id);if(k < 0){// 获取 key 失败log(Fatal, "ftok error: %s", strerror(errno));exit(1);}log(Info, "ftok sucess, key is: %d", k);return k;
}int GetShareMem() // 创建共享内存
{key_t key = GetKey();int shmid = shmget(key, size, IPC_CREAT|IPC_EXCL);if(shmid < 0){log(Fatal, "creat share memeory error: %s", strerror(errno));exit(2);}log(Info, "creat share memory success, shmid is: %d", shmid);return shmid;
}#endif

key 和 shmid:

key 是在操作系统内部来唯一标识一块共享内存,是给操作系统来使用的;shmid 是给进程使用的,用来表示资源的唯一性。虽然共享内存属于文件系统,但是 shmid 和文件描述符的兼容性做的并不好,共享内存给自己单独设置了一个类似于文件描述符表的东西。

**共享内存的生命周期是随内核的,用户不主动关闭,共享内存会一致存在。**只有内核重启或者用户主动释放,共享内存才会被释放。

查看操作系统中所有的共享内存:ipcs -m

image-20240306113648742

  • perms:权限位
  • nattch:和当前共享内存关联的进程个数。

命令行中删除共享内存:ipcrm -m shmid。指令是由用户输入的的,在用户层统一使用 shmid

2.3 获取共享内存——进一步封装

int GetShareMemHelper(int flag)
{key_t key = GetKey();int shmid = shmget(key, size, flag);if(shmid < 0){log(Fatal, "creat share memeory error: %s", strerror(errno));exit(2);}log(Info, "creat share memory success, shmid is: %d", shmid);return shmid;
}// 创建共享内存
int CreatMem()
{return GetShareMemHelper(IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
}// 获取共享内存
int GetMem()
{return GetShareMemHelper(IPC_CREAT); // 这里也可以传0
} 

2.4 共享内存挂接——shmat

shmat:将某个共享内存挂接到当前进程的地址空间中。

image-20240306130457459

  • shmid:共享内存的标识符。
  • shmaddr:指向挂接在地址空间的什么位置,因为我们也不知道挂接在什么位置,所以一般设为 nullptr 即可。
  • shmflg:设置当前进程对该共享内存的权限,一般设置成0,表示采用共享内存自身的权限。
  • **返回值:**共享内存挂接在地址空间中的地址。
// processa
#include "comm.hpp"
#include <unistd.h>int main()
{// 创建共享内存int shmid = CreatMem();log(Debug, "creat sharemem done...");sleep(5);// 挂接共享内存char *sharmem = (char*)shmat(shmid, nullptr, 0);log(Debug, "%d attch success", shmid);sleep(5);log(Debug, "processa quit...");return 0;
}

2.5 共享内存去关联——shmdt

shmdt:去掉某个共享内存与当前进程的关联。

image-20240306132053723

  • shmaddr:就是 shmat 函数返回的那个地址。
// processa
#include "comm.hpp"
#include <unistd.h>int main()
{// 创建共享内存int shmid = CreatMem();log(Debug, "creat sharemem done...");sleep(5);// 挂接共享内存char *shamem = (char*)shmat(shmid, nullptr, 0);log(Debug, "%d attch done, to 0x%x", shmid, shamem);sleep(5);// 去关联shmdt(shamem);log(Debug, "%d deattch done", shmid);log(Debug, "processa quit...");return 0;
}

2.6 释放共享内存——shmctl

shmctl:用来释放一个共享内存。

image-20240306133608142

  • cmd:操作选项。IPC_STAT:将内核中共享内存的属性拷贝到 buf 里面。IPC_RMID:删除共享内存。
  • struct shmid_ds *buf:语言层面用来描述一个共享内存的结构体,里面保存了共享内存的部分属性。
  • **返回值:**如果操作是 IPC_RMID,那么删除成功返回0,失败返回-1。
// processa
#include "comm.hpp"
#include <unistd.h>int main()
{// 创建共享内存int shmid = CreatMem();log(Debug, "creat sharemem done...");sleep(5);// 挂接共享内存char *shamem = (char*)shmat(shmid, nullptr, 0);log(Debug, "sharemem %d attch done, to 0x%x", shmid, shamem);sleep(5);// 去关联shmdt(shamem);log(Debug, "sharemem %d deattch done", shmid);sleep(5);// 释放共享内存int ret = shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);if(ret < 0)log(Debug, "sharemem delete error: %s", strerror(errno));elselog(Debug, "sharemem delete success...");sleep(5);log(Debug, "processa quit...");return 0;
}

2.7 开始通信

2.7.1 processb 基础代码编写

#include "comm.hpp"
#include <unistd.h>int main()
{// 获取共享内存int shmid = GetMem();log(Debug, "Get sharemem done...");sleep(5);// 挂接char *shmaddr = (char*)shmat(shmid, nullptr, 0);log(Debug, "sharemem %d attch done, to 0x%x", shmid, shmaddr);sleep(5);// 去关联shmdt(shmaddr);log(Debug, "sharemem %d deattch done", shmid);return 0;
}

2.7.2 通信代码编写

processa:

#include "comm.hpp"
#include <unistd.h>int main()
{// 创建共享内存int shmid = CreatMem();// 挂接共享内存char *shamem = (char*)shmat(shmid, nullptr, 0);// ipc-cod 通信代码while(true){cout << "client asy@ " << shamem << endl; // 直接访问共享内存sleep(1);}// 去关联shmdt(shamem);// 释放共享内存int ret = shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);return 0;
}

processb:

#include "comm.hpp"
#include <unistd.h>int main()
{// 获取共享内存int shmid = GetMem();// 挂接char *shmaddr = (char*)shmat(shmid, nullptr, 0);// ipc-code 通信代码while(true){cout << "Please enter:";fgets(shmaddr, size, stdin);}// 去关联shmdt(shmaddr);return 0;
}

一旦有了共享内存,并且挂接到当前进程的地址空间上了,在程序中就把它当做该进程自己的内存空间来使用即可,无需再调用系统调用。一旦有人把数据写入到共享内存,其实我们立马就能看到,不需要经过系统调用,就能直接看到数据。可以把共享内存就当做用户自己 malloc 出来的一块空间。

三、共享内存的特点

  • 共享内存没有同步与互斥之类的保护机制,即写端没有向共享内存中写入,读端可以正常读取。

  • 共享内存是所有的进程间通信中,速度最快的。原因在于数据拷贝次数少。

  • 共享内存中的数据,完全是由用户自己维护,操作系统不会帮我们做清空工作。

3.1 共享内存 VS 管道

管道通信中:数据要拷贝两次。主要原因在于,管道本质上是文件,我们不能通过键盘直接往文件里面进行写入,要想让键盘输入的内容写入的文件中,首先需要在程序中定义一个字符数组(或者 string 对象),暂时存储键盘的输入,然后在将这个数组中的内容写入到文件,这就涉及一次拷贝(将数组中的内容,拷贝到文件缓冲区),其次另一端在进行读取的时候,所有的文件读取操作,都要求定义一段空间,将读取到的内容存储起来,这个过程又会涉及一次拷贝,总体算下来,完成一次管道通信,需要进行两次拷贝。

共享内存通信:程序中可以把共享内存当做自己的内存空间来使用,因此对于写端,可以直接从键盘读取数据存储到共享内存中,无需创建字符数组(或者 string 对象)来暂时存储输入的内容;对于读端,可以直接从共享内存中进行读取,然后打印,在没有特殊要求的情况可以不用将共享内存中的数据存储起来。

四、拓展内容

4.1 查看共享内存的属性

通过 shmctl 函数区获取共享内存的属性。struct shmid_ds 结构体就是用户层面去描述一个共享内存的结构体。

image-20240306151122027

int main()
{// 创建共享内存int shmid = CreatMem();struct shmid_ds shmds; // 用来存储共享内存的属性// 挂接共享内存char *shamem = (char*)shmat(shmid, nullptr, 0);// ipc-cod 通信代码while(true){cout << "client asy@ " << shamem << endl; // 直接访问共享内存// 打印共享内存的属性shmctl(shmid, IPC_STAT, &shmds);// cout << "__key: " << shmds.shm_perm.__key << endl;printf("0x%x\n", shmds.shm_perm.__key);cout << "shm_atime: " << shmds.shm_atime << endl;cout << "shm_cpid: " << shmds.shm_cpid << endl;cout << "shm_nattch: " << shmds.shm_nattch << endl;sleep(1);}// 去关联shmdt(shamem);// 释放共享内存int ret = shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);return 0;
}

4.2 借助管道实现共享内存的同步与互斥

processa:

#include "comm.hpp"
#include <unistd.h>int main()
{// 创建共享内存int shmid = CreatMem();Init init; // 创建有名管道// 打开管道int fd = open(FIFO_FILE, O_RDONLY);if (fd < 0){perror("open");exit(FIFO_OPEN_ERR);}struct shmid_ds shmds;// 挂接共享内存char *shamem = (char *)shmat(shmid, nullptr, 0);// ipc-cod 通信代码while (true){char ch;int n = read(fd, &ch, sizeof(ch));if (n == 0)break;else if (n > 0){cout << "client asy@ " << shamem; //<< endl; // 直接访问共享内存}else{log(Fatal, "read error: %s\n", strerror(errno));exit(FIFO_READ_ERR);}}// 去关联shmdt(shamem);// 释放共享内存int ret = shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);// 关闭管道close(fd);return 0;
}

processb:

#include "comm.hpp"
#include <unistd.h>int main()
{// 获取共享内存int shmid = GetMem();// 打开管道int fd = open(FIFO_FILE, O_WRONLY);if(fd < 0){perror("open");exit(FIFO_OPEN_ERR);}// 挂接char *shmaddr = (char*)shmat(shmid, nullptr, 0);// ipc-code 通信代码while(true){cout << "Please enter:";fgets(shmaddr, size, stdin);write(fd, "c", 1);}// 去关联shmdt(shmaddr);// 关闭管道close(fd);return 0;
}

在没有管道的情况下,processa 进程一直在不间断的读取共享内存中的数据,现在创建一个管道,在 processa 进程读取共享内存之前,想让它从管道中读取,只有读到了特定的信号,才能去共享内存中进行读取。processb 进程在向共享内存中写入数据之后,向管道中写入一个字符,以此为信号,通知 processa 进程,现在共享内存中有数据了,你可以去读取了。在 processb 进程没有向共享内存中写入数据的时候,此时管道为空,读端就会阻塞,也就是 processa 进程就会被阻塞住,以此来实现同步与互斥。

五、结语

今天的分享到这里就结束啦!如果觉得文章还不错的话,可以三连支持一下,春人的主页还有很多有趣的文章,欢迎小伙伴们前去点评,您的支持就是春人前进的动力!

在这里插入图片描述

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/pingmian/13457.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

Git学习和使用指南详细篇

天行健&#xff0c;君子以自强不息&#xff1b;地势坤&#xff0c;君子以厚德载物。 每个人都有惰性&#xff0c;但不断学习是好好生活的根本&#xff0c;共勉&#xff01; 文章均为学习整理笔记&#xff0c;分享记录为主&#xff0c;如有错误请指正&#xff0c;共同学习进步。…

真香!Github上的这个项目,可以帮你节省打印费。

众所周知&#xff0c;我们在打印文档时&#xff0c;往往在选择黑白还是彩色打印上纠结。 全彩的文档也还好&#xff0c;最害怕的就是那种只有一部分是彩色页面&#xff0c;其他都是黑白页面的文档。 遇到这种文档&#xff0c;打印店老板好心的话会帮你分开。如果黑心一点的话…

深入了解 RabbitMQ:构建可靠消息传递系统的关键

前言 在现代分布式应用程序开发中&#xff0c;构建可靠的消息传递系统至关重要。RabbitMQ 作为一款强大的消息代理软件&#xff0c;为开发人员提供了丰富的工具和解决方案。本文将深入探讨 RabbitMQ 的核心概念、工作原理以及其在实际应用中的应用场景。 一、什么是 RabbitMQ…

java版CRM客户关系管理系统crm 客户关系管理系统-简单高效管理客户

我司的CRM客户关系管理系统是一款功能强大的客户关系管理软件&#xff0c;旨在帮助企业更有效地管理客户关系&#xff0c;提高销售效率和客户满意度。该系统涵盖了多个功能模块&#xff0c;包括待办事项、线索管理、客户管理、联系人管理、客户公海、商机管理、合同管理、回款管…

Leetcode刷题笔记3:链表基础1

导语 leetcode刷题笔记记录&#xff0c;本篇博客记录链表基础1部分的题目&#xff0c;主要题目包括&#xff1a; 203.移除链表元素707.设计链表206.反转链表 知识点 链表 链表是一种通过指针串联在一起的线性结构&#xff0c;每一个节点由两部分组成&#xff0c;一个是数据…

LLM中的few-shot是什么意思

我上篇博客写了我做的测试Baichuan2-13B模型的一些工作&#xff0c;测试过程免不了要修改代码&#xff0c;在代码中接触了下所谓的few-shot。 比如&#xff0c;所谓2-shot&#xff0c;就是在提示词里提供两个问题和答案&#xff0c;让大模型以为自己回答过问题&#xff0c;后面…

vscode插件-03 PHP

PHP Intelephense 如果php在远程计算机上&#xff0c;要把插件安装在远程&#xff0c;而不是本地。 这个插件&#xff0c;要求php版本大于7&#xff0c;且设置环境变量&#xff08;好像不一定要设置&#xff09;。 设置里面搜索php.executablePath&#xff0c;打开setting.js…

Windows系统安装OpenSSH使用VScode远程连接内网Linux服务器开发

文章目录 &#x1f4a1;推荐 前言1、安装OpenSSH2、VS Code配置ssh3. 局域网测试连接远程服务器4. 公网远程连接4.1 ubuntu安装cpolar内网穿透4.2 创建隧道映射4.3 测试公网远程连接 5. 配置固定TCP端口地址5.1 保留一个固定TCP端口地址5.2 配置固定TCP端口地址5.3 测试固定公网…

【详细讲解】二叉树的层序遍历

广度优先搜索 总结一下&#xff0c;思路就是&#xff1a; 加入元素&#xff0c;记录size&#xff0c;size就是当前这一层的元素个数。不断弹出元素&#xff0c;size - 1&#xff0c; 同时加入弹出元素的左右孩子&#xff0c;直到size0&#xff0c;说明当前层已经完全遍历完&am…

解决vue版本不一致导致不能正常编译

解决vue版本不一致导致不能正常编译 异常现象分析原因解决方案 异常现象 项目原本运行无异常&#xff0c;但安装了一个el-table-infinite-scroll的插件后&#xff0c;编译报错&#xff0c;截图如下 分析原因 vue版本与compile版本不一致&#xff0c;应该统一起来&#xff0…

C++下的内存管理

文章目录 内存分布C语言中动态内存管理方法C内存管理new/delete操作内置类型new和delete操作自定义类型operator new 和 operator deletenew和delete的实现原理定位new表达式 malloc/free和new/delete的区别内存泄漏 内存分布 栈&#xff1a;又叫做堆栈–非静态局部变量/函数参…

算法学习笔记(5.1)-基于比较的高效排序算法(快速排序,堆排序)

##时间复杂度O(NlogN) 目录 ##时间复杂度O(NlogN) ##快速排序 ##原理 ##图例 ##代码实现 ##堆排序 ##原理 ##图例 ##代码实现 ##快速排序 ##原理 快速排序的核心操作是“哨兵划分”&#xff0c;其目标是&#xff1a;选择数组中的某个元素作为“基准数”&#xff0c;…

【编译原理复习笔记】语法分析(一)

分类 语法分析可以按照分析方向分为两类 自顶向下/自底向上 自顶向下的分析 从分析树的顶部向底部方向构造分析树 每一步推导需要做两个选择&#xff1a; &#xff08;1&#xff09;需要替换哪个非终结符 &#xff08;2&#xff09;用哪个产生式 最左推导 在最左推导中&am…

【重学C++】02 脱离指针陷阱:深入浅出 C++ 智能指针

前言 大家好&#xff0c;今天是【重学C】系列的第二讲&#xff0c;我们来聊聊C的智能指针。 为什么需要智能指针 在上一讲《01 C如何进行内存资源管理》中&#xff0c;提到了对于堆上的内存资源&#xff0c;需要我们手动分配和释放。管理这些资源是个技术活&#xff0c;一不…

正点原子LWIP学习笔记(一)lwIP入门

lwIP入门 一、lwIP简介&#xff08;了解&#xff09;二、lwIP结构框图&#xff08;了解&#xff09;三、如何学习lwIP&#xff08;熟悉&#xff09; 一、lwIP简介&#xff08;了解&#xff09; lwIP是一个小型开源的TCP/IP协议栈 阉割的TCP/IP协议 TCP/IP协议栈结构&#xff0…

C语言游戏实战(12):植物大战僵尸(坤版)

植物大战僵尸 前言&#xff1a; 本游戏使用C语言和easyx图形库编写&#xff0c;通过这个项目我们可以深度的掌握C语言的各种语言特性和高级开发技巧&#xff0c;以及锻炼我们独立的项目开发能力&#xff0c; 在开始编写代码之前&#xff0c;我们需要先了解一下游戏的基本规则…

基础2 JAVA图形编程桌面:探索图形程序的抽象实现

嘿&#xff0c;大家好&#xff01;我非常高兴又一次有机会与大家相聚&#xff0c;分享新的知识和经验。对于热爱编程和探索新技术的朋友们来说&#xff0c;今天的内容绝对不容错过。我为大家准备了一个详尽的视频教程&#xff1a;《基础2 JAVA 图形编程&#xff1a;主程序调用…

git拉取项目前需要操作哪些?

1.输入 $ ssh-keygen -t rsa -C "秘钥说明" 按enter键 2.出现 ssh/id_rsa&#xff1a;(输入也可以不输入也可以) 然后按enter键 3.出现empty for no passphrase&#xff1a;(输入也可以不输入也可以) 然后按enter键 4.出现same passphrase again: (输入也可以不输入也…

20240516-Flyme AIOS 特种兵发布会

目录 1 Flyme AIOS 2 路演功能 2.1 拖拽流转 2.2 任务剧本自定义 2.3 智能体商店 2.4 实况通知 2.5 AI壁纸 3 MYVU 3.1 翻译功能 3.2 AR导航-骑行 3.3 AI语音转文字-科技向善 3.4 Flyme AR-提词器增强 1 Flyme AIOS 1&#xff09;目标&#xff1a;All in AI&#…

AI绘图Stable Diffusion,如何无损高清放大图片,保姆级教程建议收藏!

前言 我们在用 stable diffusion 制作AI图片时&#xff0c;默认生成图片的尺寸为512*512&#xff0c;即使是竖图一般也就是512*768&#xff0c;如果再把尺寸设置大一些&#xff0c;就会因为硬件算力不够而造成系统崩溃&#xff0c;今天就来跟大家聊一聊&#xff0c;如何将制作…