实验——进程通信与共享内存

Question

代码要求：

1. 利用shmget()创建共享内存；
2. 利用shmat()建立共享内存与进程之间的关联；
3. 用fork()创建子进程，子进程与父进程共享存储空间；
4. 利用信号量机制实现子进程读入数据到共享内存，父进程取出共享内存中的数据保存到文件，完成通信；
5. 调用shmdt()断开共享内存连接；
6. 调用shmctl()释放共享内存；
7. 有注释，能在ubuntu上运行

Answer 1

可参考

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

#define SHM_SIZE 1024

// 定义共享内存结构体
typedef struct {
    int flag;           // 标志位，0表示共享内存空闲，1表示共享内存已被写入数据
    char buf[SHM_SIZE]; // 数据缓冲区
} shm_data_t;

// 定义信号量结构体
typedef union {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
} sem_union_t;

// 定义信号量变量
static int sem_id;

// 定义P操作函数
static int sem_p(int sem_id) {
    struct sembuf sem_op = {0, -1, SEM_UNDO};
    return semop(sem_id, &sem_op, 1);
}

// 定义V操作函数
static int sem_v(int sem_id) {
    struct sembuf sem_op = {0, 1, SEM_UNDO};
    return semop(sem_id, &sem_op, 1);
}

int main() {
    int shmid;
    void *shmaddr;
    pid_t pid;
    shm_data_t *shm_data;
    sem_union_t sem_union;

    // 创建共享内存
    if ((shmid = shmget(IPC_PRIVATE, sizeof(shm_data_t), IPC_CREAT|0666)) < 0) {
        perror("shmget error");
        exit(1);
    }

    // 建立共享内存与进程之间的关联
    if ((shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0)) == (void *)-1) {
        perror("shmat error");
        exit(1);
    }

    // 初始化共享内存
    shm_data = (shm_data_t *)shmaddr;
    shm_data->flag = 0;

    // 创建信号量
    if ((sem_id = semget(IPC_PRIVATE, 1, IPC_CREAT|0666)) < 0) {
        perror("semget error");
        exit(1);
    }

    // 初始化信号量
    sem_union.val = 1;
    if (semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) < 0) {
        perror("semctl error");
        exit(1);
    }

    // 创建子进程
    if ((pid = fork()) < 0) {
        perror("fork error");
        exit(1);
    } else if (pid == 0) { // 子进程
        int i = 0;
        char buf[SHM_SIZE];

        while (1) {
            sem_p(sem_id); // P操作

            // 如果共享内存空闲，写入数据
            if (shm_data->flag == 0) {
                sprintf(buf, "This is data %d from child process.\n", ++i);
                strncpy(shm_data->buf, buf, SHM_SIZE);
                shm_data->flag = 1;
            }

            sem_v(sem_id); // V操作

            sleep(1); // 等待1秒钟
        }
    } else { // 父进程
        FILE *fp;
        char buf[SHM_SIZE];

        // 打开文件
        if ((fp = fopen("output.txt", "w")) == NULL) {
            perror("fopen error");
            exit(1);
        }

        while (1) {
            sem_p(sem_id); // P操作

            // 如果共享内存已被写入数据，从共享内存中读取数据并保存到文件中
            if (shm_data->flag == 1) {
                strncpy(buf, shm_data->buf, SHM_SIZE);
                fprintf(fp, "%s", buf);
                shm_data->flag = 0;
            }

            sem_v(sem_id); // V操作

            sleep(1); // 等待1秒钟
        }

        // 关闭文件
        fclose(fp);
    }

    // 断开共享内存连接
    if (shmdt(shmaddr) < 0) {
        perror("shmdt error");
        exit(1);
    }

    // 释放共享内存
    if (shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) < 0) {
        perror("shmctl error");
        exit(1);
    }

    // 释放信号量
    if (semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union) < 0) {
        perror("semctl error");
        exit(1);
    }

    return 0;
}