共享內存+互斥量實現(xiàn)linux進程間通信

共享內存+互斥量實現(xiàn)linux進程間通信一、 共享內存簡介共享內存是進程間通信中高效方便的方式之一。共享內存允許兩個或更多進程訪問同一塊內存，就如同malloc()函數(shù)向不同進程返回了指向同一個物理內存區(qū)域的指針，兩個進程可以對一塊共享內存進行讀寫。共享內存并未提供進程同步機制，使用共享內存完成進程間通信時，需要借助互斥量或者信號量來完成進程的同步。這里說一下互斥量與信號量的區(qū)別?；コ饬坑糜诰€程的互斥，信號量用于線程的同步，這是互斥量與信號量的本質區(qū)別，其次信號量實現(xiàn)互斥量的功能。本文結合個人實際項目需求，采用互斥量實現(xiàn)進程間訪問共享內存的互斥，即同一時刻只能允許一個進程對共享內存進行寫操作。二、 使用系統(tǒng)調用完成共享內存的申請、連接、分離和刪除共享內存函數(shù)由shmget、shmat、shmdt、shmctl四個函數(shù)組成。使用時需要包含#include<sys/ipc.h>、#include<sys/shm.h>、#include<sys/types.h>和。共享內存的申請使用shmget()完成共享內存的申請，函數(shù)原型如下：intshmget(key_tkey,size_tsize,intshmflg);key：共享內存的標識符，大于0的32位整數(shù)。若是父子關系的進程間通信，這個標識符用IPC_PRIVATE，若進程沒有關系，可自行定義。size：共享內存大小，單位Byte。shmflg：共享內存的模式(mode)，包括三部分，第一部分是：無指定標示符的共享內存是否創(chuàng)建，由0(只獲取)或IPC_CREAT(未創(chuàng)建則新建)決定。第二部分：IPC_EXCL(若已創(chuàng)建，則報錯)。第三部分：權限標識，由八進制表示，如0640，第一個0是八進制數(shù)標識，第一個6(4+2)表示擁有者的權限讀和寫，第二個4表示同組權限寫，第3個0表示他人的權限。這三部分由算數(shù)或運算符|拼接組成shmflg，如IPC_CREAT|0640。成功時返回共享內存的ID，失敗時返回-1。共享內存的連接使用shmat()函數(shù)將已經(jīng)申請好的共享連接到當前進程的地址空間，函數(shù)原型如下：void*shmat(intshmid,constvoid*shmaddr,intshmflg);shmid:共享內存標識符。shmaddr:指定進程使用共享內存的起始地址，直接指定為NULL讓內核自己決定一個合適的地址位置。shmflg:SHM_RDONLY為只讀模式，其他為讀寫模式，通常設置為NULL。成功時，這個函數(shù)返回共享內存的起始地址。失敗時返回-1。共享內存的分離使用sdmdt()函數(shù)將已連接的共享內存與進程分離，功能與 shmat()相反，函數(shù)原型如下：intshmdt(constvoid*shmaddr);shmaddr:連接的共享內存的起始地址。成功時返回0。失敗時返回-1。共享內存的刪除shmctl()控制對這塊共享內存的使用，包括刪除。函數(shù)原型如下：intshmctl(intshmid,intcommand,structshmid_ds*buf);shmid:共享內存的ID。command：是控制命令，IPC_STAT(獲取共享內存的狀態(tài))、IPC_SET(改變共享內存的狀態(tài))IPC_RMID(刪除共享內存)。buf：一個結構體指針。Command設置為IPC_STAT的時候，取得的狀態(tài)放在這個結構體中。如果要改變共享內存的狀態(tài)，由這個結構體指定。返回值：成功：0，失敗：-1。三、 使用互斥量完成父子進程對共享內存的互斥訪問在共享內存中申明互斥量pthread_mutex_tmutex，需要包含＜pthread.h＞頭文件。使用時的步驟是：第一步：初始化互斥量，使用pthread_mutex_init()函數(shù)，函數(shù)原型如下：intpthread_mutex_init(pthread_mutex_t^restrictmutex,constpthread_mutexattr_t^restrictattr);使用方法pthread_mutex_init(&mutex,NULL)。函數(shù)成功返回0，失敗返回非0。第二步：對互斥量進程上鎖，使用pthread_mutex_lock()函數(shù)，函數(shù)原型如下：函數(shù)成功返回0，錯誤返回非0的錯誤代碼。第三步：pthread_mutex_unlock()對已經(jīng)上鎖的mutex進行解鎖，pthread_mutex_lock()成對出現(xiàn)，函數(shù)原型如下：intpthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t*mutex)。函數(shù)成功返回0，錯誤返回非0的錯誤代碼。第四步：如果最后不需要使用互斥量的話，使用pthread_mutex_destroy()銷毀。函數(shù)原型如下：intpthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t*mutex);函數(shù)成功返回0，錯誤返回非0的錯誤代號。四、 示例源碼鄙人以實際項目開發(fā)過程中實現(xiàn)進程間通信的源碼，為大家展示如何利用上面總結的系統(tǒng)調用接口來實現(xiàn)進程間的通信。1.定義存儲成員變量的類，共享內存將用于存放該類的成員數(shù)據(jù)。classALGOriginalTask{public:uint8algorithm; /虞法，在global.h中定義uint8encodeType;〃編碼類型0：UTF8，1：UCS2uint32cipher_num; /密文數(shù)目uint32cipher_len; /密文長度charcipher[128][256];//密文最多128個uint8salt_len;//鹽的長度charsalt[128][32];//最多128個，最長32字節(jié)charre[32][256];uint8plainfile_num;pthread_mutex_tmutex;//讀寫共享內存互斥量};classALGResult{public:boolinit();ALGResult(){};~ALGResult(){};structtimevalts;structtimevalte;uint8success_num;uint8algorithm;uint8cipher_len;charcipher[128][256];charsalt[128][32];charret_plain[MAX_CIPHER_NUM][MAX_PLAIN_LEN];};2.使用fork()在父進程中產(chǎn)生子進程，通過系統(tǒng)調用execve()調用另外可執(zhí)行程序ALG.out,將ALGOriginalTask中的數(shù)據(jù)寫入共享內存后，再在ALG.out中通過接收到的shmid獲取共享內存進行讀取。最后在ALG.out中將ALGResult中的數(shù)據(jù)寫入共享內存，再由父進程讀取結果。父進程代碼：intmain(intargc,char**argv){pid_tpid;//子進程IDintshmid;//共享內存IDALGOriginalTask*ALG_shm_addr=NULL;ALGResult*ALG_Result_shm_addr=NULL;void*shm_addr=NULL;//共享內存首地址//charbuff[sizeof(ALGOriginalTask)];if((shmid=shmget(IPC_PRIVATE,sizeof(ALGOriginalTask)+sizeof(ALGResult),IPC_CREAT|0640))<0)//創(chuàng)建當前進程的父子進程私有共享內存{perror("shmget");exit(-1);}else{//createsuccessfullyprintf("Createsharedmemory:%d.\n”,shmid);printf("Createdsharedmemorystatus:\n");system("ipcs-m");}printf("startfork\n");switch(pid=fork()){case-1:perror("fork");exit(-1);case0://child{stringshmId=itoa(shmid);stringplain_path=ALG_task->plainfile_path;stringplain_offset=itoa(ALG_task->plain_offset);stringplain_num=itoa(ALG_task->plain_num);stringplain_len=itoa(ALG_task->plain_len);cout<<"startexecuteALG.out"<<endl;const char*argv[10]={"./ALG.out”,shmId.c_str(),plain_path.c_str(),plain_offset.c_str(),plain_num.c_str(),plain_len.c_str()};execlp(argv[0],argv[0],argv[1],argv[2],argv[3],argv[4],argv[5],NULL);exit(0);}default://parent{if((shm_addr=shmat(shmid,0,0))==(void*)-1){perror("Parent:shmat");//打印函數(shù)執(zhí)行錯誤原因，Parent:shmat:錯誤原因exit(-1);}else{〃初始化共享內存memset(shm_addr,NULL,sizeof(ALGOriginalTask)+sizeof(ALGResult));printf("Parent:Attachshared-memory:%p\n”,shm_addr);printf("ParentAttachsharedmemorystatus:\n");system("ipcs-m");}〃設置共享內存格式ALG_shm_addr=static_cast<ALGOriginalTask*>(shm_addr);〃向共享內存寫入?yún)?shù)pthread_mutex_init(&ALG_shm_addr->mutex,NULL);pthread_mutex_lock(&ALG_shm_addr->mutex);//初始化originalTaskcout<<"writeALG_original_task->algorithm:"<<(int)ALG_original_task->algorithm<<endl;ALG_shm_addr->algorithm=ALG_original_task->algorithm;ALG_shm_addr->encodeType=ALG_original_task->encodeType;ALG_shm_addr->cipher_num=ALG_original_task->cipher_num;ALG_shm_addr->cipher_len=ALG_original_task->cipher_len;ALG_shm_addr->salt_len=ALG_original_task->salt_len;//memcpy(ALG_shm_addr->task_name,ALG_original_task->task_name,20);memcpy(ALG_shm_addr->cipher,ALG_original_task->cipher,128*256);memcpy(ALG_shm_addr->salt,ALG_original_task->salt,128*32);memcpy(ALG_shm_addr->re,ALG_original_task->re,32*256);pthread_mutex_unlock(&ALG_shm_addr->mutex);waitpid(pid,NULL,0);//等待子進程計算結束，從共享內存讀取返回結果ALG_Result_shm_addr=static_cast<ALGResult*>(shm_addr);//設置共享內存格式〃讀取共享內存數(shù)據(jù)，即計算結果memcpy(&ALG_Result->ts,&ALG_Result_shm_addr->ts,sizeof(structtimeval));memcpy(&ALG_Result->te,&ALG_Result_shm_addr->te,sizeof(structtimeval));ALG_Result->success_num=ALG_Result_shm_addr->success_num;memcpy(ALG_Result->ret_plain,ALG_Result_shm_addr->ret_plain,128*64);〃刪除父進程的共享內存映射地址if(shmdt(shm_addr)<0){perror("Parent:shmdt");exit(1);}elseprintf("Parent:Deattachshared-memory.\n");//刪除共享內存if(shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL)==-1){perror("shmct:IPC_RMID");exit(-1);}elseprintf("Deleteshared-memory.\n");}}//endforkALG_Result->algorithm=ALG_original_task->algorithm;memcpy(ALG_Result->cipher,ALG_original_task->cipher,128*256);memcpy(ALG_Result->salt,ALG_original_task->salt,128*32);cout<<"computationend"<<endl;//succeedreturnALG_Result;}ALG.out代碼：intmain(intargc,char**argv){gettimeofday(&tt1,NULL);ALGOriginalTask*ALG_shm_addr=NULL;ALGResult*ALG_Result_shm_addr=NULL;GPR_Info*gpr_Info=newGPR_Info;RST_Info*rst_Info=newRST_Info;memset(gpr_Info,NULL,sizeof(GPR_Info));memset(rst_Info,NULL,sizeof(RST_Info));void*shm_addr=NULL;//共享內存首地址intshmid=atoi(argv[1]);if((shm_addr=shmat(shmid,0,0))==(void*)-1){}〃設置共享內存格式ALG_shm_addr=static_cast<ALGOriginalTask*>(shm_addr);//waitingfortheparentwritedatatosharememorycout<<"waitparentwritesharememory:"<<endl;while(1){if((int)ALG_shm_addr->algorithm>=0)break;}cout<<"startreadgpr_Infofromsharememory:"<<endl;//getinfoofGPRpthread_mutex_lock(&ALG_shm_addr->mutex);//lockwaitingforparentprocessfinishthewritingofsharememorygpr_Info->algorithm=ALG_shm_addr->algorithm;gpr_Info->encodeType=ALG_shm_addr->encodeType;gpr_Info->cipher_num=ALG_shm_addr->cipher_num;gpr_Info->cipher_len=ALG_shm_addr->cipher_len;gpr_Info->plain_len=atoi(argv[5]);gpr_Info->salt_len=ALG_shm_addr->salt_len;memcpy(gpr_Info->salt,ALG_shm_addr->salt,128*32);memcpy(gpr_Info->cipher,ALG_shm_addr->cipher,128*256);pthread_mutex_unlock(&ALG_shm_addr->mutex);//unlockthemutex//獲