共享内存:是系统创建的特殊地址空间,允许不相干的多个进程使用该空间,即多个进程能够使用同一块内存的数据;
优点: 共享内存不需要复制数据,直接读写内存,效率非常高;
缺点: 但是它本身不提供同步访问机制,我们可以通过信号量来进行控制其同步访问机制;
共享内存的操作函数如下:
shmget
int shmget(key_t key,int shmsz,int shmflg)
该函数创建或访问一个共享内存区;
key值是ftok的返回值或是IPC_PRIVATE
shmsz 是创建内存区的大小,以字节为单位,要是创建新的内存区该值必须大于0,要是访问已经存在的内存区,该值为0;
shmflg 是标记,若是创建新的共享内存区,则其值是IPC_CREAT, IPC_EXCL和读写权限的按位或的结果, 若是访问已存在的共享内存区,将该值赋为0即可;
该函数调用成功返回内存区的ID,失败返回-1.
shmat
void *shmat(int shmid,const void *shmaddr, int shmflg);
该函数的作用是将内存区附接到调用进程的地址空间,成功返回内存区的起始地址,失败返回-1;
shmid是共享内存区的标示符;
若shmaddr为空指针,则表示让系统替调用者选择地址(推荐使用该方式),若shmaddr不为空指针,那么返回地址取决于调用者是否给shmflg指定了SHM_RND值;若没有指定SHM_RND,那么相应的共享内存区附接到shmaddr指定的地址;若指定SHM_RND,那么相应的共享内存区附接到shmaddr指定的地址向下舍入一个SHMLBA常值,LBA是指“低端边界地址”;
shmflg参数同shmget;
shmdt
int shmdt (const void *shmaddr)
该函数的作用是断接内存区, 但是不删除共享内存区;
该函数成功返回0,失败返回-1;
shmaddr是共享内存区的起始地址;
shmctl
int shmctl(int shmid, int cmd,struct shmid_ds *buf)
对共享内存的操作函数;
shmid共享内存区标示符;
cmd 是对共享内存区所作的操作:其可选参数如下:
IPC_RMID:从系统中删除由shmid所指定的共享内存区并拆除共享内存区,(拆除值的是释放或i或回收与共享内存区对应的数据结构,及放在其上的数据);
IPC_SET: 给所指定的共享内存区设置shmid_ds结构的相应成员;
IPC_STAT:通过(buf)向调用者返回指定的共享内存区的当前的shmid_ds结构;
以下是一个测试这几个函数的单个服务器和单个客户的程序:
服务器端的代码
#include "utility.h"
int main(int ac, char **av)
{
key_t shm_key = ftok(av[1], 0xFF);
if(shm_key == -1){
printf("shm ftok error.\n");
exit(1);
}
printf("shm ftok ok.\n");
int shm_id = shmget(shm_key, 1024, IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666); //创建或打开一个共享内存
if(shm_id == -1){
printf("shmget error.\n");
exit(1);
}
printf("shmget ok.shm_id = 0x%x\n", shm_id);
char *addr = (char *)shmat(shm_id, NULL, 0); //连接被共享内存ID分割的共享内存段和调用进程
if(addr == (void *)-1){ //shmat失败返回(void*)-1
printf("shmat error.\n");
shmctl(shm_id, IPC_RMID, NULL); //shmat失败,删除共享内存
exit(1);
}
key_t sem_key = ftok(av[1], 0xFE); //用信号量来为共享内存提供同步机制,共享内存虽然是IPC机制中最快的,但是其不提供同步机制
if(sem_key == -1){
printf("sem ftok error.\n");
shmctl(shm_id, IPC_RMID, NULL); //得到信号量键值失败,删除共享内存
exit(1);
}
int sem_id = semget(sem_key, 2, IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666); //创建信号量
if(sem_id == -1){
printf("semget error.\n");
shmctl(shm_id, IPC_RMID, NULL); //创建信号量失败,删除共享内存
exit(1);
}
union semun init; //信号量共用体
init.val = 0;
semctl(sem_id, 0, SETVAL, init); //信号量设置初始值
semctl(sem_id, 1, SETVAL, init);
struct sembuf p = {0, -1, 0}; //对信号的PV操作(p是减一,v是加一)
struct sembuf v = {1, 1, 0};
while(1){
printf("Ser:>");
scanf("%s", addr);
if((strncmp(addr, "quit", 4)) == 0){
shmdt(addr); //退出之前先断开与共享内存的连接
shmctl(shm_id, IPC_RMID, NULL); //删除共享内存
semctl(sem_id, 1, IPC_RMID); //删除下标为1的信号量
semctl(sem_id, 0, IPC_RMID); //删除下标为0的信号量
break;
}
semop(sem_id, &v, 1); //使得下标为0的信号量不阻塞
semop(sem_id, &p, 1); //阻塞下标为0的信号量
printf("Cli:>%s\n", addr);
}
return 0;
}
客户端的代码:
#include "utility.h"
int main(int ac, char **av)
{
key_t shm_key = ftok(av[1], 0xFF);
if(shm_key == -1){
printf("shm ftok error.\n");
exit(1);
}
printf("shm ftok ok.\n");
int shm_id = shmget(shm_key, 0, 0);
if(shm_id == -1){
printf("shmget error.\n");
exit(1);
}
printf("shmget ok. shm_id = 0x%x\n", shm_id);
char *addr = (char *)shmat(shm_id, NULL, 0);
if(addr == (void *)-1){
printf("shmat error.\n");
exit(1);
}
key_t sem_key = ftok(av[1], 0xFE);
if(sem_key == -1){
printf("sem ftok error.\n");
exit(1);
}
printf("sem ftok ok.\n");
int sem_id = semget(sem_key, 0, 0);
if(sem_id == -1){
printf("semget error.\n");
exit(1);
}
printf("semget ok.\n");
struct sembuf p = {1, -1, 0};
struct sembuf v = {0, 1, 0};
while(1){
semop(sem_id, &p, 1); //阻塞下标为1 的信号量
printf("Ser:>%s\n", addr);
printf("Cli:>");
scanf("%s", addr);
if((strcmp(addr, "quit")) == 0){
semop(sem_id, &v, 1); //客户端在断开连接之前先将消息发送给服务器端
shmdt(addr); //之后客户端断开与共享内存之间的连接
break;
}
semop(sem_id, &v, 1); //使得下标为0 的信号量不阻塞
}
return 0;
}
utility.h头文件:
#pragma once
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
using namespace std;
union semun
{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
struct seminfo *__buf;
void *__pad;
};
makefile文件:
all:ser cli
ser:ser.cpp
g++ ser.cpp -o ser
cli:cli.cpp
g++ cli.cpp -o cli
.PHONY:clean
clean:
rm ser cli