共享存储区机制进程通信，用linux实现

Question

共享存储区机制进程通信
编程实现生产者和消费者共享存储区功能。生产者随机产生10个整型数据，写入共享存储区；消费者读出数据，并进行平方和平方根运算后输出。使用系统调用shmget()、shmat()、sgmdt()、shmctl()等, 实现程序。

Answer 1

享内存是进程间通信最有用的方式，也是最快的IPC形式。共享内存是说：同一块内存被映射到多个进程的地址空间。但是共享内存并不提供同步机制，因此需要互斥锁或者信号量。使用共享内存唯一需要注意的是：当前如果有进程正在向共享内存写数据，则在写入完成以前，别的进程不应当去读、写共享内存。

共享内存最大的优点就是快。由system V演变而来的内存共享相关函数。目前Linux对system V的共享内存方式支持的比较好。在高版本的Linux内核上，我们有更多的方式来完成共享存储。嵌入式开发板搭载的低版本内核的Linux操作系统基本上都是不支持POSIX标准的内存共享的，只能使用system V的内存共享方式。system V是通过映射特殊文件系统shm中的文件实现内存共享的。通过shmget获得或者创建一个IPC共享内存，并返回这块内存相应的标识符。同时会初始化内核维护的一个数据结构shmid_kernel.当然还会在shm文件系统之中创建一个不属于任何进程的文件。shmid_kernel这个结构体之中的最重要的一个区域是shm_file。它存储被映射文件的地址。
如果多个进程的公共祖先对mmap指定了MAP_SHARED标志，则这些进程共享此存储区。

一个简单的例子如下。

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

int main()

{

int num = 7777777;

int fd = open("/dev/zero",O_RDWR);

if (-1 == fd)

{

perror("open zero fail");

exit(1);

}

int *p = mmap(0,sizeof(int),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);

if (MAP_FAILED == p)

{

perror("mmap fail");

exit(1);

}

close(fd);

pid_t pid = fork();

if (0 == pid)

{

num = 233;

*p = 666;

}

if (0 < pid)

{

wait(NULL);

printf("*p = %d\n",*p);

printf("num = %d\n",num);

}

if (-1 == pid)

{

perror("fork fail");

exit(1);

}

return 0;

}

在子进程中更改了存储映射区域的值为666，也更改了num变量的值。让子进程先运行，父进程后运行，打印输出的结果如下。

对于存储映射区域，父子进程是共享的；对于变量，父子进程是独立的。 使用zero文件的优点是mmap函数的第二个参数len可以指定任意长度，而无需关心zero文件的大小。

Linux除了使用zero以外，它还提供了一种称为匿名映射的方式。这种方式需要在使用mmap的时候指定MAP——ANON标志，并将文件描述符设置为-1。更改上面的程序如下。

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

int main()

{

int num = 7777777;

//注意这行代码和上面程序中的不同之处

int *p = mmap(0,sizeof(int),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANON,-1,0);

if (MAP_FAILED == p)

{

perror("mmap fail");

exit(1);

}

//close(fd);

pid_t pid = fork();

if (0 == pid)

{

num = 233;

*p = 666;

}

if (0 < pid)

{

wait(NULL);

printf("*p = %d\n",*p);

printf("num = %d\n",num);

}

if (-1 == pid)

{

perror("fork fail");

exit(1);

}

return 0;

}

运行结果是一致的。