Linux学习之system V-编程知识

一，system V共享内存

快速认识接口

shmget(shared memory get)

shmat(shared memory attach)

shmdt(shared memory delete)

shmctl (shared memory control)

编写代码

综上那么共享内存与管道通信有什么区别？

system v消息队列

system v信号量

一，system V共享内存

除了管道通信方式，对于操作系统自己本身，操作系统为了内核中的通信单独设计了通信模块。

进程通信的前提：让不同进程看到同一份资源

共享内存区是最快的IPC形式。一旦这样的内存映射到共享它的进程的地址空间，这些进程间数据传递不再涉及到内核，换句话说是进程不再通过执行进入内核的系统调用来传递彼此的数据。

首先我们从shared memory,共享内存开始，所谓的共享内存，本质上就是将同一份资源，通过加载到物理内存，同时映射到两个进程的内存空间，实现资源共享。

此外，在操作系统中一定会允许多个共享内存，此时就需要操作系统来管理这些共享内存。

快速认识接口

shmget(shared memory get)

创建共享内存既能创建，又能获取

参数一为创建的key，参数二为空间大小，

参数三为标记位：

IPC_CREAT to create a new segment. If this flag is not used, then shmget() will find the segment associated with key and check to see . if the user has permission to access the segment.（没有就创建shm（共享内存)）

PC_EXCL used with IPC_CREAT to ensure failure if the segment already exists.（通常与IPC_CREAT结合使用，不存在就创建，存在就出错返回不创建）。

通过这两个标志位使得我们创建的内存是全新的。

shmat(shared memory attach)

将共享内存挂接到地址空间当中

参数一位shmid，参数2一般设置位nullptr,参数三为标志位表示已什么样的方式挂在，一般也用0。

返回值位起始地址。通过引用计数来计算有多少进程挂在到当前共享内存中。

shmdt(shared memory delete)

去掉内存关联，将共享内存从进程地址空间中移除。

shmctl (shared memory control)

控制共享内存，第一个参数位shmid，第二个位操作指令，IPC_STAT，IPC_SET， IPC_RMID（删除），IPC_INFO

编写代码

和命名管道通信的方式一样，我们创建了三个文件server,client,commant.cpp,用来观察进程通信：

首先对于读端还是写端都会有同一个key，我们创建同一个key，此时进程就会把key写到地址空间当中，通过Key值操作系统可以找到两个进程的同一块地址空间，即key值指向的内存就是共享内存。

comman.hpp

#pragma once
#include<iostream>
#include<string>
#include<cstdlib>
#include<unistd.h>
const std::string pathname="/home/danchengwei/myfile/file7";
const int proj_id=0x11223344;
const int size=4096;
//管道文件
const std::string filename = "fifo";key_t getkey(){//转换pathname为keykey_t key=ftok(pathname.c_str(),proj_id);//convert a pathname and a project identifier to a System V IPC keyif(key<0){std::cerr<<"errno:"<<errno<<",strerror"<<strerror(errno)<<std::endl;return 1;}std::cout<<"key:"<<key<<std::endl;return key;}std::string tohex(int id){char buffer[1024];snprintf(buffer,sizeof(buffer),"0x%x",id);return buffer;}int creatshmHLPER(key_t key,int flag){int shmid=shmget(key,size,flag); //成光返回id，错误返回-1if(shmid<0){std::cerr<<"errno:"<<errno<<",strerror"<<strerror(errno)<<std::endl;exit(2);}std::cout<<"shmid:"<<shmid<<std::endl;return shmid;}int getshm(key_t key){return creatshmHLPER(key,IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0644);}int creatshm(key_t key){return creatshmHLPER(key,IPC_CREAT);}bool MakeFifo()
{int n = mkfifo(filename.c_str(), 0666);if(n < 0){std::cerr << "errno: " << errno << ", errstring: " << strerror(errno) << std::endl;return false;}std::cout << "mkfifo success... read" << std::endl;return true;
}

server

#include<iostream>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
#include<cstring>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include"comman.hpp"
using namespace std;int main()
{//创建共享内存key_t key=getkey();//key在应用层我们一般不去使用，我们使用的是shmid int shmid=creatshm(key);sleep(10);//挂载 ，即将共享内存映射到进程的地址空间当中。char*s=(char*)shmat(shmid,nullptr,0);//打开管道Start:int rfd=open(filename.c_str(),O_RDONLY);if(rfd<0){//cerr<<"errno:"<<errno<<",errstring:"<<strerror(errno)<<endl;if(MakeFifo()){goto Start;}else{return 1 ;}//return 2;}cout<<"打开管道成功..."<<endl;char buffer[1024];while(true){ssize_t s=read(rfd,buffer,sizeof(buffer)-1);if(s>0){buffer[s]=0;//表示以/0结尾cout<<"cilent reply: "<<buffer<<endl;}if(s<=0){cout<<"no data had reciveed"<<endl;//没有数据可读了，退出进程break;}}//关闭管道close(rfd);cout<<"关闭管道成功..."<<endl;sleep(5);//在地址空间当中移除共享内存shmdt(s); sleep(5);//按照id删除shmctl(shmid,IPC_RMID,nullptr);sleep(5);return 0;}

创建完成可以通过指令查看共享内存：

ipcs -m  //查看共享内存
ipcrm -m shmid  //删除共享内存

其中natch表示有几个进程挂接到该共享内存。

程序结束，共享内存被创建之后并没有释放。它的生命周期时内核决定的。

之后我们再完成与server一样的client的编写：

#include<iostream>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include"comman.hpp"
using namespace std;int main()
{//与server一样//获取key值key_t key=getkey();//创建共享内存int shmid=creatshm(key);sleep(10);//把共享内存挂载到地址空间当中char *s=(char*)shmat(shmid,nullptr,0);sleep(5);//打开管道int wfd = open(filename.c_str(), O_WRONLY);//数据写入string message;while(true){cout<<"请输入你要发送的数据:"<<endl;getline(cin,message);//这里再写入管道时，我们使用c++string再转化为c字符串ssize_t t=write(wfd,message.c_str(),message.size());if(t<0){cerr<<"错误码:"<<errno<<",错误原因:"<<strerror(errno)<<endl;break;}}//关闭管道close(wfd);cout<<"关闭管道成功..."<<endl;//取消共享内存的挂载shmdt(s);return 0;
}

之后我们就可以同时执行两个进程并观察会发现，刚开始创建共享内存，server与client挂载到地址空间，natch增加,之后移除，之后删除.

有了共享内存，那么我们现在通过共享内存就可以实现进程之间的通信，和管道类似，我们可以增加一个管道文件；之后用一端作为读端，一端作为写端。

综上那么共享内存与管道通信有什么区别？

其实共享内存是比管道通信更加快速的，对于共享内存，考虑硬件：

第一次拷贝是从外设到共享内存，第二次是从共享内存写到显示器上，只需要拷贝两次，对于管道.

而对于管道，先是用户到键盘（外设）把数据读到缓冲区中，再把数据拷贝到管道当中（写入），之后再将管道的数据写道别的用户的缓冲区（读），最后再将数据给到显示器（外设）。对于管道考虑硬件需要拷贝四次数据。

system v消息队列

所谓的消息队列是提供让一个进程给另一个进程发送数据块的能力，使用的接口msgctl，使用方法基本和共享内存大致相同。

参数一为msqid即这里的key，参数二为如何去操作消息队列的指令，参数三一般为nullptr.

创建完成之后可以用指令ipcs -q来查看消息对列。根据接口的第二参数我们可以还选择删除消息队列。可以看到使用与共享内存非常的相似。

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include<iostream>
#include"comman.hpp"//消息队列
int main()
{//获取key值key_t key=getkey();//创建消息队列int msgid=msgget(key,IPC_CREAT | IPC_EXCL);std::cout<<"msgid:"<<msgid<<std::endl;sleep(10);//删除消息队列msgctl(msgid,IPC_RMID,nullptr);rteurn 0;
}

其次消息队列也可以存在多个，两个进程用多个消息队列进行数据交互，因此在内核当中，操作系统需要管理这些消息队列，先描述在组织，因此消息队列的管理就是消息队列加自身的属性。

关于消息队列大家感兴趣可以查看手册的使用。