【Linux】第十章 进程间通信（管道+system V共享内存）

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系列文章

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【Linux】第一章环境搭建和配置

【Linux】第二章常见指令和权限理解

【Linux】第三章Linux环境基础开发工具使用(yum+rzsz+vim+g++和gcc+gdb+make和Makefile+进度条+git)

【Linux】第四章 进程（冯诺依曼体系+操作系统+进程概念+PID和PPID+fork+运行状态和描述+进程优先级）

【Linux】第五章 环境变量（概念补充+作用+命令+main三个参数+environ+getenv()）

【Linux】第六章 进程地址空间（程序在内存中存储+虚拟地址+页表+mm_struct+写实拷贝+解释fork返回值）

【Linux】第七章 进程控制（进程创建+进程终止+进程等待+进程替换+min_shell）

【Linux】第八章 基础IO（open+write+read+文件描述符+重定向+缓冲区+文件系统管理+软硬链接）

【Linux】第九章 动态库和静态库（生成原理+生成和使用+动态链接）

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一、进程通信介绍

1.进程通信概念

进程间通信（IPC，Interprocess communication）是一组编程接口，让不同进程相互传递、交换信息

2.进程通信目的

• 数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程
• 资源共享：多个进程之间共享同样的资源。
• 通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知某些或某个进程发生了某种事件（如进程终止时要通知父进程）。
• 进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行（如Debug进程），此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常，并能够及时知道它的状态改变

3.进程通信本质

让不同的进程看到同一份资源。各个进程是独立的，进程间通信是借助第三方资源写入或读取数据

4.进程通信分类

管道

• 匿名管道
• 命名管道

System V IPC

• System V 消息队列
• System V 共享内存
• System V 信号量

POSIX IPC

• 消息队列
• 共享内存
• 信号量
• 互斥量
• 条件变量
• 读写锁

二、管道

1.概念

管道是Unix中最古老的进程间通信的形式，我们把从一个进程连接到另一个进程的数据流称为一个“管道”。特点是单向传输数据，管道的本质是内核中的缓冲区。

2.匿名管道

概念：匿名管道用于进程间通信，这两个进程需要具有亲缘关系（父子进程等）

匿名管道原理

进程通信首先让不同的进程看到同一份资源，使用匿名管道的原理是，让父子两个进程看到同一份文件，然后父进程就可以对文件操作读或写，实现父子进程间通信。

• 父进程分别打开读和写，为了让子进程继承，这样子进程不用再打开了
• 父进程要关闭对应的读写，管道必须是单向通信的
• 用户决定关闭父子读写
• 父子进程看到的是同一份文件资源，当父子进程对该文件进行写入操作时，该文件缓冲区当中的数据并不会进行写时拷贝

pipe函数

#include 
int pipe(int pipefd[2])

功能： 创建一个匿名管道

参数：
pipefd：文件描述符数组，这是一个输出型参数，pipefd[0]表示管道读端文件描述符，fdpipefd1]表示管道写端文件描述符
返回值：
创建管道成功返回0，失败返回-1

匿名管道使用

1.父进程调用pipe函数创建管道

2.fork()生成子进程

3.父进程关闭读端，子进程关闭写端

例如：父进程向匿名管道当中写入5行数据，子进程从匿名管道当中将数据读出

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
 //1.创建管道
	int pipefd[2] = { 0 };
	if (pipe(pipefd) < 0){ //使用pipe创建匿名管道
		perror("pipe");
		return 1;
	}
 //2.创建子进程
	pid_t id = fork(); //使用fork创建子进程
	if (id == 0){
		//child
		close(pipefd[1]); //子进程关闭写端
		//子进程读数据
		char buff[1024];
     while (1){
         ssize_t s = read(pipefd[0], buff, sizeof(buff));
         //读入成功
         if (s > 0){
             buff[s] = '\0';
             cout<<"子进程向父进程发送"<<buff<<endl;
         }
         //读取完成
         else if (s == 0){
             cout<<"子进程读取完成"<<endl;
             break;
         }
         //读取失败
         else{
             cout<<"读取错误"<<endl;
             break;
         }
     }
	    close(pipefd[0]); //子进程读取完毕，关闭文件
     exit(0);
	}
	//father
	close(pipefd[0]); //父进程关闭读端
	//父进程写数据
 const char* msg = "hello child, I am father...";
 int count = 5;
 while (count--){
     write(pipefd[1], msg, strlen(msg));
     sleep(1);
 }
 close(pipefd[1]); //父进程写入完毕，关闭文件
 cout<<"父进程写入成功"<<endl;
 exit(0);

	pid_t ret = waitpid(id, nullptr, 0);
 if(ret>0)
 {
     cout<<"等待子进程退出成功"<<endl;
 }
	return 0;
}

结果：

[Jungle@VM-20-8-centos:~/lesson25]$ ./mypipe
子进程向父进程发送hello child, I am father...
子进程向父进程发送hello child, I am father...
子进程向父进程发送hello child, I am father...
子进程向父进程发送hello child, I am father...
子进程向父进程发送hello child, I am father...
子进程读取完成
父进程写入成功

匿名管道的特点

• 只能用于具有共同祖先的进程（具有亲缘关系的进程）之间进行通信，一般是父子进程
• 管道提供流式服务。也就是你想往管道里读写多少数据是根据自身来定的
• 管道是半双工的，数据只能向一个方向流动

3.用匿名管道实现派发任务

父子进程通过管道通信，父进程给管道写入命令，指派给子进程，所以现在建立多个管道，由父进程通过多个管道和多个子进程建立联系

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

typedef void (*functor)();//函数指针

vector<functor> functors; // 方法集合
// for debug
unordered_map<uint32_t, string> info;

// int32_t: 进程pid, int32_t: 该进程对应的管道写端fd
typedef std::pair<int32_t, int32_t> elem;
int processNum = 3;//子进程数量

//三个任务
void f1()
{
 cout << "这是一个处理日志的任务, 执行的进程 ID [" << getpid() << "]"
      << "执行时间是[" << time(nullptr) << "]\n" << endl;
 //
}
void f2()
{
 cout << "这是一个备份数据任务, 执行的进程 ID [" << getpid() << "]"
      << "执行时间是[" << time(nullptr) << "]\n" << endl;
}
void f3()
{
 cout << "这是一个处理网络连接的任务, 执行的进程 ID [" << getpid() << "]"
      << "执行时间是[" << time(nullptr) << "]\n" << endl;
}

void loadFunctor()
{
 info.insert({functors.size(), "处理日志的任务"});
 functors.push_back(f1);

 info.insert({functors.size(), "备份数据任务"});
 functors.push_back(f2);

 info.insert({functors.size(), "处理网络连接的任务"});
 functors.push_back(f3);
}

//子进程工作-读
void work(int blockFd)
{
 cout << "进程[" << getpid() << "]" << " 开始工作" << endl;
 // 子进程核心工作的代码
 while (true)
 {
     // a.阻塞等待  b. 获取任务信息
     uint32_t operatorCode = 0;
     //如果有数据就读取，没有就阻塞等待
     ssize_t s = read(blockFd, &operatorCode, sizeof(uint32_t));
     if(s == 0) break;//子进程结束

     // c. 处理任务，如果数组访问没有越界
     if(operatorCode < functors.size()) functors[operatorCode]();//函数指针
 }
 cout << "进程[" << getpid() << "]" << " 结束工作" << endl;
}

// [子进程的pid, 子进程的管道fd]
void blanceSendTask(const vector<elem> &processFds)
{
 srand((long long)time(nullptr));
 while(true)
 {
     sleep(1);
     // 选择一个进程, 选择进程是随机的，没有压着一个进程给任务
     // 较为均匀的将任务给所有的子进程 --- 负载均衡
     uint32_t pick = rand() % processFds.size();

     // 选择一个任务
     uint32_t task = rand() % functors.size();

     // 把任务给一个指定的进程
     write(processFds[pick].second, &task, sizeof(task));

     // 打印对应的提示信息
     cout << "父进程指派任务->" << info[task] << "给进程: " << processFds[pick].first << " 编号: " << pick << endl;
 }
}

int main()
{
 //加载任务列表
 loadFunctor();
 vector<elem> assignMap;
 // 创建processNum个进程
 for (int i = 0; i < processNum; i++)
 {
     // 定义保存管道fd的对象
     int pipefd[2] = {0};
     // 创建管道
     pipe(pipefd);
     // 创建子进程
     pid_t id = fork();
     //子进程
     if (id == 0)
     {
         // 子进程读取, r -> pipefd[0]
         close(pipefd[1]);
         // 子进程执行
         work(pipefd[0]);
         close(pipefd[0]);
         exit(0);
     }
     //父进程
     else
     {
         //父进程做的事情, pipefd[1]
         close(pipefd[0]);
         elem e(id, pipefd[1]);
         assignMap.push_back(e);
     }
 }
 cout << "create all process success!" << std::endl;
 // 父进程, 派发任务
 blanceSendTask(assignMap);

 // 回收资源
 for (int i = 0; i < processNum; i++)
 {
     //assignMap[i]对应的子进程，first-进程PID
     if (waitpid(assignMap[i].first, nullptr, 0) > 0)//成功
         cout << "wait for: pid=" << assignMap[i].first << " wait success!"
              << "number: " << i << "\n";
     close(assignMap[i].second);
 }
}

结果：父进程通过管道控制三个子进程，给子进程派发任务

[Jungle@VM-20-8-centos:~/lesson26]$ ./pipe
create all process success!
进程[9453] 开始工作
进程[9452] 开始工作
进程[9454] 开始工作
父进程指派任务->处理日志的任务给进程: 9452 编号: 0
这是一个处理日志的任务, 执行的进程 ID [9452]执行时间是[1667614684]

父进程指派任务->备份数据任务给进程: 9453 编号: 1
这是一个备份数据任务, 执行的进程 ID [9453]执行时间是[1667614685]

父进程指派任务->处理日志的任务给进程: 9453 编号: 1
这是一个处理日志的任务, 执行的进程 ID [9453]执行时间是[1667614686]

父进程指派任务->备份数据任务给进程: 9452 编号: 0
这是一个备份数据任务, 执行的进程 ID [9452]执行时间是[1667614687]

父进程指派任务->处理网络连接的任务给进程: 9454 编号: 2
这是一个处理网络连接的任务, 执行的进程 ID [9454]执行时间是[1667614688]

c父进程指派任务->备份数据任务给进程: 9453 编号: 1
这是一个备份数据任务, 执行的进程 ID [9453]执行时间是[1667614689]

3.命名管道

概念

命名管道就是一种特殊类型的文件，两个进程通过命名管道的文件名打开同一个管道文件，此时这两个进程也就看到了同一份资源，进而就可以进行通信了

创建命名管道

函数创建

#include 
#include 
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

功能： 创建一个命名管道
参数：
pathname: 管道名称，默认创建在当前路径下
mode: 权限，一般设置0666，记得设置umask(文件默认掩码)
返回值： 创建成功返回0，失败返回-1

命令行创建

[Jungle@VM-20-8-centos:~/lesson25]$ mkfifo fifo
[Jungle@VM-20-8-centos:~/lesson25]$ ll
prw-r--r-- 1 Jungle root     0 11月  3 15:44 fifo

使用命名管道通信

创建两个文件，server.c，client.c，用两个进程来模拟客户端和服务端进行通信，客户端往管道发消息，服务端读消息,共用头文件comm

comm.h

头文件当中提供这个共用的命名管道文件的文件名，客户端和服务器打开同一个命名管道文件，进而进行通信了

#pragma once

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define IPC_PATH "./.fifo"//让客户端和服务端使用同一个命名管道

using namespace std;

​ server.c

//读
#include "comm.h"

int main ()
{
 umask(0); //将文件默认掩码设置为0
 if(mkfifo(IPC_PATH, 0600) != 0)//使用mkfifo创建命名管道文件
 {
     perror(".fifo");
		return 1;
 }
 //打开文件
 int pipeFd = open(IPC_PATH, O_RDONLY);
 if(pipeFd < 0)
 {
     cerr << "open fifo error" << endl;
     return 2;
 }
 //通信过程
 char buff[1024];
 while(1)
 {
     //以读的方式打开命名管道文件
     ssize_t s = read(pipeFd, buff, sizeof(buff)-1);
     //正常通信
     if(s>0)
     {
         buff[s] = '\0';//预留\0 方便输出
         cout<<"client:"<< buff<<endl;
     }
     //客户端停止
     else if(s==0)
     {
         cout<<"client quit"<<endl;
         break;
     }
     //出错
     else
     {
         cout<<"read error"<<endl;
         break;
     }
 }
 //关闭文件
 close(pipeFd);
 cout<<"server quit"<<endl;
}

client.c

因为服务端运行起来后命名管道文件就已经被创建了，所以客户端只需以写的方式打开该命名管道文件，之后客户端就可以将通信信息写入到命名管道文件当中，进而实现和服务端的通信

//写
#include "comm.h"

int main ()
{
 //以写的方式打开命名管道文件
 int pipeFd = open(IPC_PATH, O_WRONLY);
 if(pipeFd < 0)
 {
     cerr << "open: " << strerror(errno) << endl;
     return 1;
 }
 //通信过程
 char buff[1024];
 while(1)
 {
     cout<<"Please Enter:";//提示客户端输入
     fflush(stdout);
     //从客户端的标准输入流读取信息
		ssize_t s = read(0, buff, sizeof(buff)-1);
     if (s > 0){
			buff[s - 1] = '\0';
			//将信息写入命名管道
			write(pipeFd, buff, strlen(buff));
		}
 }
 //关闭文件
 close(pipeFd);
 cout<<"client quit"<<endl;
}

运行：

//服务器端接收
[Jungle@VM-20-8-centos:~/lesson26]$ ./server
client:123
client:qwer
client:你好呀
//客户端输入
[Jungle@VM-20-8-centos:~/lesson26]$ ./client
Please Enter:123
Please Enter:qwer
Please Enter:你好呀

4.匿名管道和命名管道的区别

• 匿名管道由pipe函数创建并打开。
• 命名管道由mkfifo函数创建，打开用open
• FIFO（命名管道）与pipe（匿名管道）之间唯一的区别在它们创建与打开的方式不同

5.命令行当中的管道

利用管道“|”同时使用cat命令和grep命令

下面同时实现打开file.txt文件和只选取带有123的数据

[Jungle@VM-20-8-centos:~/lesson26]$ cat file.txt
hello 1
hello 12
hello 123
[Jungle@VM-20-8-centos:~/lesson26]$ cat file.txt | grep 123
hello 123

在命令行当中的管道“|”是**匿名管道**，有亲缘关系的进程，他们之间的进程都是同一个父进程

三、system V共享内存

1.共享内存原理

共享内存是在物理内存上申请一块空间，再让两个进程各自在页表建立虚拟地址和这块空间的映射关系。这样两个进程看到的就是同一份资源，这一份资源就叫做共享内存。匿名管道，约定使用同一个管道，共享内存，约定使用同一个唯一的Key

共享内存数据结构

struct shmid_ds {
	struct ipc_perm     shm_perm;   /* operation perms */
	int         shm_segsz;  /* size of segment (bytes) */
	__kernel_time_t     shm_atime;  /* last attach time */
	__kernel_time_t     shm_dtime;  /* last detach time */
	__kernel_time_t     shm_ctime;  /* last change time */
	__kernel_ipc_pid_t  shm_cpid;   /* pid of creator */
	__kernel_ipc_pid_t  shm_lpid;   /* pid of last operator */
	unsigned short      shm_nattch; /* no. of current attaches */
	unsigned short      shm_unused; /* compatibility */
	void            *shm_unused2;   /* ditto - used by DIPC */
	void            *shm_unused3;   /* unused */
};

为了让要实现通信的进程能够看到同一个共享内存，我们通过一个Key值，标识共享内存，而这个key值用于标识系统中共享内存的唯一性，通过Key我们可以知道对应的共享内存是否存在

2.共享内存创建和释放

ftok-获取标识符key

#include 
#include 
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

功能： 获取一个共享内存的唯一标识符key（IPC键值）
函数参数：

• pathname:可以传入任何文件名，必须存在且可存取
• proj_id:只有是一个非0的数都可以

返回值：
成功返回key值，失败返回-1

shmget-创建共享内存

#include 
#include 
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

功能： 创建共享内存
函数参数：

• key:共享内存在系统当中的唯一标识
• size:共享内存的大小（页（4kb）的整数倍）
• shmflg:权限，由9个权限标准构成

这里介绍两个选项

• IPC_CREAT： 如果底层存在这个标识符的共享内存空间，就返回标识符，不存在就创建
• IPC_EXCL： 如果底层存在这个标识符的共享内存空间，就出错返回，不存在就创建
• 使用组合IPC_CREAT，一定会获得一个共享内存的标识符，但无法确认该共享内存是否是新建的共享内存。
• 使用组合IPC_CREAT | IPC_EXCL，只有shmget函数调用成功时才会获得共享内存的标识符，并且该共享内存一定是新建的共享内存。

两个选项合起来用就可以穿甲一个权限的共享内存空间
返回值：
成功返回共享内存标识码符（给用户看的），失败返回-1

创建共享内存

使用ftok和shmget函数创建一块共享内存

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define PATH_NAME "/home/Jungle/lesson27"//路径
#define PROJ_ID 0x666//ID
#define MEM_SIZE 4096//共享内存大小

using namespace std;

int main()
{
 // 先通过ftok函数 利用pathname和proj_id来生成一个共享内存标识符key，用来标识共享内存（给OS看的）
 key_t key = ftok(PATH_NAME, PROJ_ID); 
	if (key < 0){
		perror("ftok");
		return 1;
	}
 cout<<"key:"<< key <<endl;
 // 创建内存空间
 // IPC_CREAT 要创建的共享内存如果存在，就打开返回，不存在就创建
 // IPC_EXCL  如果底层共享内存已经存在就出错返回
 // 结合使用可以创建一个全新的共享内存
 int shm = shmget(key, MEM_SIZE, IPC_CREAT | IPC_EXCL); //创建新的共享内存
	if (shm < 0){
		perror("shmget");
		return 2;
	}
 cout<<"shm:"<<shm<<endl;
 return 0;
}

结果：

[Jungle@VM-20-8-centos:~/lesson27]$ ./test
key:1711351259
shm:39

ipcs 命令

• -q：列出消息队列相关信息。
• -m：列出共享内存相关信息。
• -s：列出信号量相关信息。
• -a 针对所有资源的操作

标题	含义
key	共享内存唯一标识符
shmid	共享内存的用户层id
owner	共享内存的拥有者
perms	共享内存的权限
bytes	共享内存的大小
nattch	共享内存的进程数
status	共享内存的状态

ipcs -m和ipcrm -m shmid和ipcrm -a

指令ipcs -m查看ipc资源

[Jungle@VM-20-8-centos:~/lesson27]$ ipcs -m

------------ 共享内存段 --------------
键        shmid      拥有者  权限     字节     nattch     状态      
0x660125db 39         Jungle     0          4096       0    

ipcrm -m shmid删除共享内存，IPC的声明周期随内核

[Jungle@VM-20-8-centos:~/lesson27]$ ipcrm -m 39
[Jungle@VM-20-8-centos:~/lesson27]$ ipcs -m

------------ 共享内存段 --------------
键        shmid      拥有者  权限     字节     nattch     状态      

ipcrm -a:删除所有进程间通信资源

shmctl**-控制共享内存**

#include 
#include 
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

功能： 控制共享内存
参数：

• shmid:共享内存标识符
• cmd:具体的控制动作
• buf:获取或设置所控制共享内存的数据结构

第二个参数传入的选项：

IPC_STAT: 获取共享内存的当前关联值
IPC_SET: 将共享内存的当前关联值设置为buf所指的数据结构中的值
IPC_RMID:删除共享内存段

返回值： 成功返回0，失败返回-1

释放共享内存

释放共享内存，将上面test.cpp文件修改为以下代码，创建共享内存10s后释放共享内存

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define PATH_NAME "/home/Jungle/lesson27"//路径
#define PROJ_ID 0x666//ID
#define MEM_SIZE 4096//共享内存大小

using namespace std;

int main()
{
 // 先通过ftok函数 利用pathname和proj_id来生成一个共享内存标识符key，用来标识共享内存（给OS看的）
 key_t key = ftok(PATH_NAME, PROJ_ID); 
	if (key < 0){
		perror("ftok");
		return 1;
	}
 cout<<"key:"<< key <<endl;
 // 创建内存空间
 // IPC_CREAT 要创建的共享内存如果存在，就打开返回，不存在就创建
 // IPC_EXCL  如果底层共享内存已经存在就出错返回
 // 结合使用可以创建一个全新的共享内存
 int shm = shmget(key, MEM_SIZE, IPC_CREAT | IPC_EXCL); //创建新的共享内存
	if (shm < 0){
		perror("shmget");
		return 2;
	}
 cout<<"shm:"<<shm<<endl;

 sleep(10);
	shmctl(shm, IPC_RMID, NULL); //释放共享内存
	sleep(2);
 return 0;
}

命令行监控脚本：

while :; do ipcs -m; echo "#####################"; sleep 1;done;

结果：

#####################

------------ 共享内存段 --------------
键        shmid      拥有者  权限     字节     nattch     状态      
0x660125db 40         Jungle     0          4096       0                       

#####################

------------ 共享内存段 --------------
键        shmid      拥有者  权限     字节     nattch     状态    

3.关联共享内存和去关联

shmat-共享内存关联进程

#include 
#include 
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

功能： 将共享内存空间关联到进程地址空间
参数：

• shmid:共享内存标识符
• shmaddr:定共享内存映射到进程地址空间的某一地址，一般取nullptr。
• shmfig:表示关联共享内存时设置的某些属性

返回值： 成功返回一个指针（虚拟地址空间中共享内存的地址，是一个虚拟地址），失败返回-1
说明：
shmaddr为NULL，核心自动选择一个地址
shmaddr不为NULL且shmflg无SHM_RND标记，则以shmaddr为连接地址。
shmaddr不为NULL且shmflg设置了SHM_RND标记，则连接的地址会自动向下调整为SHMLBA的整> 数倍。公式：shmaddr -(shmaddr % SHMLBA)
shmflg=SHM_RDONLY，表示连接操作用来只读共享内存

关联共享内存

 char *str = (char *)shmat(shm, nullptr, 0);//关联共享内存，记得强转

设置权限

int shm = shmget(key, MEM_SIZE, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666); //创建新的共享内存

结果:关联该共享内存的进程数由0变成了1，共享内存的权限显示是我们设置的666权限

------------ 共享内存段 --------------
键                     shmid      拥有者     权限          字节     nattch     状态      
0x660125db       40         Jungle     666          4096        1      

shmdt-取消关联

#include 
#include 
int shmdt(const void *shmaddr);

功能： 取消共享内存空间和进程地址空间的关联
参数：
shmaddr:共享内存的起始地址（shmat获取的指针）
返回值： 成功返回0，失败返回-1

取消共享内存关联

将进程和这块共享内存关联起来，取消关联共享内存空间

 char *str = (char*)shmat(shm, nullptr, 0);//关联共享内存
 cout<<"attach shm : " << shm << " success\n";

 shmdt(str);//取消关联
 cout << "detach shm : " << shm << " success\n";

结果：共享内存的关联数由1变为0的过程，即取消了共享内存与该进程之间的关联

------------ 共享内存段 --------------
键                     shmid      拥有者     权限          字节     nattch     状态      
0x660125db       40         Jungle     666          4096        1      
------------ 共享内存段 --------------
键                     shmid      拥有者     权限          字节     nattch     状态      
0x660125db       40         Jungle     666          4096        0      

4.使用共享内存实现进程通信

client.c和server.c两个文件，还有一个comm.h一个头文件，公共的pathname和proj_id，两个进程就可以得到相同的共享内存唯一标识符，使用服务端创建共享内存，然后连接到共享内存，让客户端也连接上这块共享内存，客户端写数据，服务端不断读

comm.h

#pragma once

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define PATH_NAME "/home/Jungle/lesson27"
#define PROJ_ID 0x666
#define MEM_SIZE 4096

#define FIFO_FILE ".fifo"//文件名

#define READER O_RDONLY
#define WRITER O_WRONLY

using namespace std;

key_t  CreateKey()
{
 // 先通过ftok函数 利用pathname和proj_id来生成一个共享内存标识符key，用来标识共享内存（给OS看的）
 key_t key = ftok(PATH_NAME, PROJ_ID); 
	if (key < 0){
		perror("ftok");
		exit(1);
	}
 return key ;
}

void CreateFifo()
{
 umask(0);//默认遮掩码
 if(mkfifo(FIFO_FILE, 0666) < 0)//创建失败
 {
     perror("mkfifo");
     exit(2);
 }
}

//选择读或写
int Open(const string &filename, int flags)
{
 return open(filename.c_str(), flags);
}

int Wait(int fd)
{
 uint32_t values = 0;
 ssize_t s = read(fd, &values, sizeof(values));
 return s;
}

//信号
int Signal(int fd)
{
 uint32_t cmd = 1;
 write(fd, &cmd, sizeof(cmd));
}

//关闭文件描述符
int Close(int fd, const string filename)
{
 close(fd);
 unlink(filename.c_str());//删除指定文件
}

server.c

#include "comm.h"

using namespace std;

int main()
{
 CreateFifo();//创建管道
 int fd = Open(FIFO_FILE, READER);//打开文件

 // 先通过ftok函数 利用pathname和proj_id来生成一个共享内存标识符key，用来标识共享内存（给OS看的）
 key_t key = CreateKey();
 cout<<"key:"<< key <<endl;
 // 创建内存空间
 // IPC_CREAT 要创建的共享内存如果存在，就打开返回，不存在就创建
 // IPC_EXCL  如果底层共享内存已经存在就出错返回
 // 结合使用可以创建一个全新的共享内存
 int shm = shmget(key, MEM_SIZE, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666); //创建新的共享内存
	if (shm < 0){
		perror("shmget");
		return 2;
	}

 //关联共享内存
 char *str = (char*)shmat(shm, nullptr, 0);
 //cout<<"attach shm : " << shm << " success"<

 // 服务端每隔一秒在显示器上刷新共享内存段中的数据
 while(1)
 {
     // 让读端进行等待
     if(Wait(fd) <= 0) break; 
     printf("%s\n",str);
     sleep(1);
 };

 //取消关联
 shmdt(str);
 //cout << "detach shm : " << shm << " success"<

 //释放共享内存
	shmctl(shm, IPC_RMID, nullptr); 
 //cout<< "delete shm : " << shm << " success" << endl;;

 //关闭文件描述符
 Close(fd, FIFO_FILE);

 return 0;
}

client.c

#include "comm.h"
#include 
using namespace std;

int main()
{
 int fd = Open(FIFO_FILE, WRITER);//写入数据

 key_t key = CreateKey();
 //cout<<"key:"<< key <
 // 创建内存空间
 // IPC_CREAT 要创建的共享内存如果存在，就打开返回，不存在就创建
 // IPC_EXCL  如果底层共享内存已经存在就出错返回
 // 结合使用可以创建一个全新的共享内存
 int shm = shmget(key, MEM_SIZE, IPC_CREAT); //创建新的共享内存
	if (shm < 0){
		perror("shmget");
		return 2;
	}

 //关联共享内存
 char *str = (char*)shmat(shm, nullptr, 0);

 // 客户端在共享内存写数据
 while(1)
 {
     printf("Please Enter: ");
     fflush(stdout);
     ssize_t s = read(0, str, MEM_SIZE);
     if(s > 0)
     {
         str[s] = '\0';
     }
     Signal(fd);//写完数据就通知
 }

 //取消关联
 shmdt(str);

 return 0;
}

结论： 共享内存底层不提供任何同步与互斥的机制，共享内存是所有进程中速度最快的

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