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Linux 进程间通信(system v 信号灯+ posix共享内存)实例

mmap()系统调用使得进程之间通过映射同一个普通文件实现共享内存。普通文件被映射到进程地址空间后,进程可以向访问普通内存一样对文件进行访问,不必再调用read(),write()等操作。


注:实际上,mmap()系统调用并不是完全为了用于共享内存而设计的。它本身提供了不同于一般对普通文件的访问方式,进程可以像读写内存一样对普通文件的操作。而Posix或系统V的共享内存IPC则纯粹用于共享目的,当然mmap()实现共享内存也是其主要应用之一。




编译:gcc -o consumer consumer.c -lrt


             gcc -o producer producer.c -lrt




/*
 *
 *       Filename:  producer.c
 *
 *    Description:  生产者进程
 *
 *        Version:  1.0
 *        Created:  09/30/2011 04:52:23 PM
 *       Revision:  none
 *       Compiler:  gcc(g++)
 *
 *         Author:  |Zhenghe Zhang|, |zhenghe.zhang@gmail.com|
 *        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>
#include <sys/mman.h>

#define MAXSHM      5  //定义缓冲区数组的下标变量个数

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()
{
    int fd;
    key_t semkey;

    int shmid;
    char *addr_c;

    /*定义信号灯集,该信号灯集包含3个信号量 fullid, emptyid, mutexid  */
    int semid;

    /*共享文件*/
    const char *file = “/shmipcx”;

    fd = shm_open(file, O_CREAT | O_RDWR | O_TRUNC, 0666);
    if(fd == -1)
    {
        perror(“shm_open”);
        exit(1);
    }

    /*ftruncate()会将参数fd指定的文件大小改为参数length指定的大小。*/
    /*参数fd为已打开的文件描述词,而且必须是以写入模式打开的文件。*/
    /*如果原来的文件大小比参数length大,则超过的部分会被删去。*/
    if(ftruncate(fd, sizeof(char) * MAXSHM) == -1)
    {
        perror(“ftruncate”);
        exit(1);
    }

    /*mmap()用来将某个文件内容映射到内存中,对该内存区域的存取即是直接对该文件内容的读写。*/
    /*参数start指向欲对应的内存起始地址,通常设为NULL,代表让系统自动选定地址,对应成功后该地址会返回。*/
    /*参数length代表将文件中多大的部分对应到内存。*/
    addr_c = (char*)mmap(NULL, sizeof(char) * MAXSHM, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if(*((int*)addr_c) == -1)
    {
        perror(“mmap”);
        exit(1);
    }

    /* 定义信号量数据结构 */
    struct sembuf  P,V;
    union semun arg1, arg2, arg3;

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

    /* 创建信号灯集  */
    semid  = semget(semkey, 3, IPC_CREAT | 0666); //如果创建新集合(一般在服务器进程中), 则必须指定nsems
    if(semid < 0)
    {
        perror(“semget semid”);
        exit(0);
    }

    /*初始化信号灯集中的信号量 */
    arg1.val = 0;            //初始时缓冲区中无数据 (fullid, 缓冲区满信号量)
    if(semctl(semid, 0, SETVAL, arg1) == -1)
    {
        perror(“semctl setval error”);
        exit(1);
    }

    arg2.val = MAXSHM;       //初始时缓冲区中有5个空闲的数组元素 (emptyid, 缓冲区空信号量)
    if(semctl(semid, 1, SETVAL, arg2) == -1)
    {
        perror(“semctl setval error”);
        exit(1);
    }

    arg3.val = 1;            //初始时互斥信号为1,允许一个进程进入 (mutexid, 互斥信号量)
    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;                //设置操作信号量emptyid
        semop(semid, &P, 1);         //对 emptyid执行P操作

        P.sem_num = 2;                //设置操作信号量mutexid
        semop(semid, &P, 1);         //对 mutexid执行 P操作

        addr_c[i] = i + ‘a’;
        printf(“***addr_c[%d] = %c\n”, i, addr_c[i]);

        V.sem_num = 2;                //设置操作信号量mutexid
        semop(semid, &V, 1);         //对mutexid执行 V 操作

        V.sem_num = 0;                //设置操作信号量fullid
        semop(semid, &V, 1);         //对fullid执行 V 操作

        i++;
        sleep(1);   
    }

    sleep(20); //等待消费者进程退出

    /*munmap()用来取消参数start所指的映射内存起始地址,参数length则是欲取消的内存大小。*/
    /*当进程结束或利用exec相关函数来执行其他程序时,映射内存会自动解除,但关闭对应的文件描述词时不会解除映射。*/
    if(munmap(addr_c, sizeof(char) * MAXSHM) == -1)
    {
        perror(“munmap”);
        exit(1);
    }

    if(shm_unlink(file) == -1)
    {
        perror(“shm_unlink”);
        exit(1);
    }

    /*   撤消信号集  */
    if(semctl(semid, 0, IPC_RMID, 0) == -1)
    {
        perror(“semctl”);
        exit(1);
    }

    return 0;
}

/*
 *
 *       Filename:  consumer.c
 *
 *    Description:  消费者进程
 *
 *        Version:  1.0
 *        Created:  09/30/2011 04:52:23 PM
 *       Revision:  none
 *       Compiler:  gcc(g++)
 *
 *         Author:  |Zhenghe Zhang|, |zhenghe.zhang@gmail.com|
 *        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>
#include <sys/mman.h>  

#define MAXSHM      5  //定义缓冲区数组的下标变量个数


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()
{
    int fd;
    key_t semkey;

    int shmid;
    char *addr_c;

    /* 定义信号灯集,该信号灯集包含3个信号量 fullid, emptyid, mutexid  */
    int semid;

    /*共享文件*/
    const char *file = “/shmipcx”;

    fd = shm_open(file, O_CREAT | O_RDWR, 0666);
    if(fd == -1)
    {
        perror(“shm_open”);
        exit(1);
    }

    if(ftruncate(fd, sizeof(char) * MAXSHM) == -1)
    {
        perror(“ftruncate”);
        exit(1);
    }
 
    addr_c = (char*)mmap(NULL, sizeof(char) * MAXSHM, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if(*((int*)addr_c) == -1)
    {
        perror(“mmap”);
        exit(1);
    }

    /* 定义信号量数据结构 */
    struct sembuf  P, V;
    //union semun arg1, arg2, arg3;

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

    /* 创建信号灯集  */
    semid  = semget(semkey, 0, IPC_EXCL | 0666); //如果引用一个现存的集合(一个客户进程), 则将nsems指定为0
    if(semid < 0)
    {
        perror(“semget semid”);
        exit(0);
    }

    /* 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 = 0;
        semop(semid,  &P, 1);       //对fullid执行 P 操作

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

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

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

        V.sem_num = 1;
        semop(semid, &V, 1);        //对empty执行 V 操作

        i++;
        sleep(2);
    }

    if(munmap(addr_c, sizeof(char) * MAXSHM) == -1)
    {
        perror(“munmap”);
        exit(1);
    }

    if(shm_unlink(file) == -1)
    {
        perror(“shm_unlink”);
        exit(1);
    }

    return 0;
}

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