Linux 進程間通信（system v 信號燈+system v 共享內存）實例

系統V共享內存原理

進程間需要共享的數據被放在一個叫做IPC共享內存區域的地方，所有需要訪問該共享區域的進程都要把該共享區域映射到本進程的地址空間中去。系統V共享內存通過shmget獲得或創建一個IPC共享內存區域，並返回相應的標識符。內核在保證shmget獲得或創建一個共享內存區，初始化該共享內存區相應的shmid_kernel結構注同時，還將在特殊文件系統shm中，創建並打開一個同名文件，並在內存中建立起該文件的相應dentry及inode結構，新打開的文件不屬於任何一個進程（任何進程都可以訪問該共享內存區）。

信號燈與其他進程間通信方式不大相同，

它主要提供對進程間共享資源訪問控制機制。相當於內存中的標志，進程可以根據它判定是否能夠訪問某些共享資源，同時，進程也可以修改該標志。除了用於訪問控制外，還可用於進程同步。信號燈有以下兩種類型：

二值信號燈：最簡單的信號燈形式，信號燈的值只能取0或1，類似於互斥鎖。
注：二值信號燈能夠實現互斥鎖的功能，但兩者的關注內容不同。信號燈強調共享資源，只要共享資源可用，其他進程同樣可以修改信號燈的值；互斥鎖更強調進程，占用資源的進程使用完資源後，必須由進程本身來解鎖。

計算信號燈：信號燈的值可以取任意非負值（當然受內核本身的約束）。

/*

*
* Filename: producer.c
*
* Description: 生產者進程
*
* Version: 1.0
* Created: 09/30/2011 04:52:23 PM
* Revision: none
* Compiler: gcc(g++)
*
* Author: |Zhenghe Zhang|, |[email protected]|
* Company: |Shenzhen XXX Technology Co., Ltd.|
*
*/

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>

#define MAXSHM 5 //定義緩沖區數組的下標變量個數

union semun {
int val; /* value for SETVAL */
struct semid_ds *buf;/* buffer for IPC_STAT & IPC_SET */
unsigned short *array;/* array for GETALL & SETALL */
struct seminfo *__buf;/* buffer for IPC_INFO */
void *__pad;
};

int main()
{
key_t ipckey;
key_t semkey;

int shmid;
char *addr_c;

/* 定義信號燈集，該信號燈集包含3個信號量 fullid, emptyid, mutexid */
int semid;

ipckey = ftok("/home/zhang/shmipcx", 10001);
if(ipckey == -1)
{
perror("ftok");
exit(1);
}

shmid = shmget(ipckey, 1024, IPC_CREAT | 0666);
if(shmid == -1)
{
perror("shmget");
exit(1);
}

addr_c = (char*)shmat(shmid, NULL, 0);
if(*((int*)addr_c) == -1)
{
perror("shmat");
exit(1);
}

/* 定義信號量數據結構 */
struct sembuf P,V;
union semun arg1, arg2, arg3;

semkey = ftok("/home/zhang/shmipcy", 10001);
if(semkey == -1)
{
perror("ftok");
exit(1);
}

/* 創建信號燈集 */
semid = semget(semkey, 3, IPC_CREAT | 0666); //如果創建新集合（一般在服務器進程中）， 則必須指定nsems
if(semid < 0)
{
perror("semget semid");
exit(1);
}

/*初始化信號燈集中的信號量 */
arg1.val = 0; //初始時緩沖區中無數據 (fullid, 緩沖區滿信號量)
if(semctl(semid, 0, SETVAL, arg1) == -1)
{
perror("semctl setval error");
exit(1);
}

arg2.val = MAXSHM; //初始時緩沖區中有5個空閒的數組元素 （emptyid, 緩沖區空信號量）
if(semctl(semid, 1, SETVAL, arg2) == -1)
{
perror("semctl setval error");
exit(1);
}

arg3.val = 1; //初始時互斥信號為1，允許一個進程進入 (mutexid, 互斥信號量)
if(semctl(semid, 2, SETVAL, arg3) == -1)
{
perror("semctl setval error");
exit(1);
}

/* 初始化 P, V操作 */
P.sem_num = 0;
P.sem_op = -1;
P.sem_flg = SEM_UNDO;
V.sem_num = 0;
V.sem_op = 1;
V.sem_flg = SEM_UNDO;

int i = 0;
while(i < 10)
{
P.sem_num = 1; //設置操作信號量emptyid
semop(semid, &P, 1); //對 emptyid執行P操作

P.sem_num = 2; //設置操作信號量mutexid
semop(semid, &P, 1); //對 mutexid執行 P操作

addr_c[i] = i + 'a';
printf("***addr_c[%d] = %c\n", i, addr_c[i]);

V.sem_num = 2; //設置操作信號量mutexid
semop(semid, &V, 1); //對mutexid執行 V 操作

V.sem_num = 0; //設置操作信號量fullid
semop(semid, &V, 1); //對fullid執行 V 操作

i++;
sleep(1);
}

sleep(60); //等待消費者進程退出

if(shmdt(addr_c) == -1)
{
perror("shmdt");
exit(1);

}

/* 刪除共享內存區 */

if(shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1)

{

perror("shmctl");

exit(1);

}

/* 撤消信號集 */
if(semctl(semid, 0, IPC_RMID, 0) == -1) //第三個參數cmd為IPC_RMID時，整個信號集被刪除，第二個參數semnum被忽略。
{
perror("semctl");
exit(1);
}

return 0;

}

/*
*
* Filename: consumer.c
*
* Description: 消費者進程
*
* Version: 1.0
* Created: 09/30/2011 04:52:23 PM
* Revision: none
* Compiler: gcc(g++)
*
* Author: |Zhenghe Zhang|, |[email protected]|
* Company: |Shenzhen XXX Technology Co., Ltd.|
*
*/

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>

#define MAXSHM 5 //定義緩沖區數組的下標變量個數

union semun {
int val; /* value for SETVAL */
struct semid_ds *buf;/* buffer for IPC_STAT & IPC_SET */
unsigned short *array;/* array for GETALL & SETALL */
struct seminfo *__buf;/* buffer for IPC_INFO */ //test!!
void *__pad;
};

int main()
{
key_t ipckey;
key_t semkey;

int shmid;
char *addr_c;

/* 定義信號燈集，該信號燈集包含3個信號量 fullid, emptyid, mutexid */
int semid;

ipckey = ftok("/home/zhang/shmipcx", 10001);
if(ipckey == -1)
{
perror("ftok");
exit(1);
}

shmid = shmget(ipckey, 1024, IPC_EXCL | 0666);
if(shmid == -1)
{
perror("shmget");
exit(1);
}

addr_c = (char*)shmat(shmid, NULL, 0);
if(*((int*)addr_c) == -1)
{
perror("shmat");
exit(1);
}

/* 定義信號量數據結構 */
struct sembuf P, V;
//union semun arg1, arg2, arg3;

semkey = ftok("/home/zhang/shmipcy", 10001);
if(semkey == -1)
{
perror("ftok");
exit(1);
}

/* 創建信號燈集 */
semid = semget(semkey, 0, IPC_EXCL | 0666); //如果引用一個現存的集合（一個客戶進程）， 則將nsems指定為0
if(semid < 0)
{
perror("semget semid");
exit(1);
}

/* 初始化 P V操作 */
P.sem_num = 0;
P.sem_op = -1; //方式是減1(解鎖)
P.sem_flg = SEM_UNDO;
V.sem_num = 0;
V.sem_op = 1; //方式是加1(解鎖)
V.sem_flg = SEM_UNDO;

int i = 0;
while(i < 10)
{
P.sem_num = 0;
semop(semid, &P, 1); //對fullid執行 P 操作

P.sem_num = 2;
semop(semid, &P, 1); //對mutexid執行 P 操作

printf("***addr_c[%d] = %c\n", i, addr_c[i]);

V.sem_num = 2;
semop(semid, &V, 1); //對mutexid執行 V 操作

V.sem_num = 1;
semop(semid, &V, 1); //對empty執行 V 操作

i++;
sleep(2);
}

if(shmdt(addr_c) == -1)
{
perror("shmdt");
exit(1);
}

return 0;
}