共享內(nèi)存+互斥量實現(xiàn)linux進(jìn)程間通信

共享內(nèi)存+互斥量實現(xiàn)linux進(jìn)程間通信一、 共享內(nèi)存簡介共享內(nèi)存是進(jìn)程間通信中高效方便的方式之一。共享內(nèi)存允許兩個或更多進(jìn)程訪問同一塊內(nèi)存，就如同malloc()函數(shù)向不同進(jìn)程返回了指向同一個物理內(nèi)存區(qū)域的指針，兩個進(jìn)程可以對一塊共享內(nèi)存進(jìn)行讀寫。共享內(nèi)存并未提供進(jìn)程同步機(jī)制，使用共享內(nèi)存完成進(jìn)程間通信時，需要借助互斥量或者信號量來完成進(jìn)程的同步。這里說一下互斥量與信號量的區(qū)別。互斥量用于線程的互斥，信號量用于線程的同步，這是互斥量與信號量的本質(zhì)區(qū)別，其次信號量實現(xiàn)互斥量的功能。本文結(jié)合個人實際項目需求，采用互斥量實現(xiàn)進(jìn)程間訪問共享內(nèi)存的互斥，即同一時刻只能允許一個進(jìn)程對共享內(nèi)存進(jìn)行寫操作。二、 使用系統(tǒng)調(diào)用完成共享內(nèi)存的申請、連接、分離和刪除共享內(nèi)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(nèi)存的申請使用shmget()完成共享內(nèi)存的申請，函數(shù)原型如下：intshmget(key_tkey,size_tsize,intshmflg);key：共享內(nèi)存的標(biāo)識符，大于0的32位整數(shù)。若是父子關(guān)系的進(jìn)程間通信，這個標(biāo)識符用IPC_PRIVATE，若進(jìn)程沒有關(guān)系，可自行定義。size：共享內(nèi)存大小，單位Byte。shmflg：共享內(nèi)存的模式(mode)，包括三部分，第一部分是：無指定標(biāo)示符的共享內(nèi)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(quán)限標(biāo)識，由八進(jìn)制表示，如0640，第一個0是八進(jìn)制數(shù)標(biāo)識，第一個6(4+2)表示擁有者的權(quán)限讀和寫，第二個4表示同組權(quán)限寫，第3個0表示他人的權(quán)限。這三部分由算數(shù)或運(yùn)算符|拼接組成shmflg，如IPC_CREAT|0640。成功時返回共享內(nèi)存的ID，失敗時返回-1。共享內(nèi)存的連接使用shmat()函數(shù)將已經(jīng)申請好的共享連接到當(dāng)前進(jìn)程的地址空間，函數(shù)原型如下：void*shmat(intshmid,constvoid*shmaddr,intshmflg);shmid:共享內(nèi)存標(biāo)識符。shmaddr:指定進(jìn)程使用共享內(nèi)存的起始地址，直接指定為NULL讓內(nèi)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(shè)置為NULL。成功時，這個函數(shù)返回共享內(nèi)存的起始地址。失敗時返回-1。共享內(nèi)存的分離使用sdmdt()函數(shù)將已連接的共享內(nèi)存與進(jìn)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(nèi)存的起始地址。成功時返回0。失敗時返回-1。共享內(nèi)存的刪除shmctl()控制對這塊共享內(nèi)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(nèi)存的ID。command：是控制命令，IPC_STAT(獲取共享內(nèi)存的狀態(tài))、IPC_SET(改變共享內(nèi)存的狀態(tài))IPC_RMID(刪除共享內(nèi)存)。buf：一個結(jié)構(gòu)體指針。Command設(shè)置為IPC_STAT的時候，取得的狀態(tài)放在這個結(jié)構(gòu)體中。如果要改變共享內(nèi)存的狀態(tài)，由這個結(jié)構(gòu)體指定。返回值：成功：0，失?。?1。三、 使用互斥量完成父子進(jìn)程對共享內(nèi)存的互斥訪問在共享內(nèi)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(jìn)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(jìn)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(jìn)程間通信的源碼，為大家展示如何利用上面總結(jié)的系統(tǒng)調(diào)用接口來實現(xiàn)進(jìn)程間的通信。1.定義存儲成員變量的類，共享內(nèi)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(nèi)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(jìn)程中產(chǎn)生子進(jìn)程，通過系統(tǒng)調(diào)用execve()調(diào)用另外可執(zhí)行程序ALG.out,將ALGOriginalTask中的數(shù)據(jù)寫入共享內(nèi)存后，再在ALG.out中通過接收到的shmid獲取共享內(nèi)存進(jìn)行讀取。最后在ALG.out中將ALGResult中的數(shù)據(jù)寫入共享內(nèi)存，再由父進(jìn)程讀取結(jié)果。父進(jìn)程代碼：intmain(intargc,char**argv){pid_tpid;//子進(jìn)程IDintshmid;//共享內(nèi)存IDALGOriginalTask*ALG_shm_addr=NULL;ALGResult*ALG_Result_shm_addr=NULL;void*shm_addr=NULL;//共享內(nèi)存首地址//charbuff[sizeof(ALGOriginalTask)];if((shmid=shmget(IPC_PRIVATE,sizeof(ALGOriginalTask)+sizeof(ALGResult),IPC_CREAT|0640))<0)//創(chuàng)建當(dāng)前進(jìn)程的父子進(jìn)程私有共享內(nèi)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(nèi)存memset(shm_addr,NULL,sizeof(ALGOriginalTask)+sizeof(ALGResult));printf("Parent:Attachshared-memory:%p\n”,shm_addr);printf("ParentAttachsharedmemorystatus:\n");system("ipcs-m");}〃設(shè)置共享內(nèi)存格式ALG_shm_addr=static_cast<ALGOriginalTask*>(shm_addr);〃向共享內(nèi)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(jìn)程計算結(jié)束，從共享內(nèi)存讀取返回結(jié)果ALG_Result_shm_addr=static_cast<ALGResult*>(shm_addr);//設(shè)置共享內(nèi)存格式〃讀取共享內(nèi)存數(shù)據(jù)，即計算結(jié)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(jìn)程的共享內(nèi)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(nèi)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(nèi)存首地址intshmid=atoi(argv[1]);if((shm_addr=shmat(shmid,0,0))==(void*)-1){}〃設(shè)置共享內(nèi)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