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社区首页 >专栏 >【Linux】进程间通信＞管道&&共享内存&&消息队列&&信号量详解

【Linux】进程间通信＞管道&&共享内存&&消息队列&&信号量详解

用户10925563

发布于 2024-06-04 14:17:17

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发布于 2024-06-04 14:17:17

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文章被收录于专栏：c/c++&&linuxc/c++&&linux

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前言

1.进程间通信介绍

1.1 进程间通信目的

1.2 进程间通信发展

1.3 进程间通信分类

1.3.1 管道

1.3.2 System V IPC

1.3.3 POSIX IPC

2.管道

2.1 什么是管道

2.2 匿名管道

2.2.1 pipe函数

2.2.2 调用pipe函数的进程

2.2.3 实例代码

2.2.4 用fork来共享管道原理

2.2.5 站在文件描述符角度-深度理解管道

2.2.6 站在内核角度-管道本质

2.2.7 管道读写规则

2.2.8 匿名管道特点

2.2.9 进程池

2.2.9.1 processpool.cc

2.2.9.2 test.hpp

2.2.9.3 效果

2.3 命名管道

2.3.1 创建命名管道

2.3.2 删除管道

2.3.3 用命名管道实现server&client通信

2.3.3.1 namedPipe.hpp

2.3.3.2 server.cc

2.3.3.3 client.cc

2.3.3.4 效果

3.system V共享内存

3.1 共享内存示意图

3.2 共享内存数据结构

3.3 共享内存函数

3.3.1 shmget函数

3.3.2 shmat函数

3.3.3 shmdt函数

3.3.4 shmctl函数

3.4 实例代码

3.4.1 namedPipe.hpp

3.4.2 Shm.hpp

3.4.3 server.cc

3.4.4 client.cc

5.system V消息队列

6.system V信号量

6.1 信号量的操作

6.2 进程互斥

7.OS管理

前言

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5. Chinese (Simplified) (简体中⽂)
6. vscode-icons - 改变编辑器⾥⾯的⽂件图标
7. filesize - 左下⻆显⽰源⽂件⼤⼩的插件
8. Include AutoComplete - ⾃动头⽂件包含
9. GBKtoUTF8 - ⾃动将 GBK 转换为 UTF8

1.进程间通信介绍

1.1 进程间通信目的

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，通知它（它们）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

1.2 进程间通信发展

管道
System V进程间通信
POSIX进程间通信

1.3 进程间通信分类

1.3.1 管道

匿名管道pipe
命名管道

1.3.2 System V IPC

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

1.3.3 POSIX IPC

消息队列
共享内存
信号量
互斥量
条件变量
读写锁

2.管道

2.1 什么是管道

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一个数据流称为一个“管道“

2.2 匿名管道

2.2.1 pipe函数

#include <unistd.h>
功能:创建一无名管道
原型
int pipe(int fd[2]);
参数
fd：文件描述符数组,其中fd[0]表示读端, fd[1]表示写端
返回值:成功返回0，失败返回错误代码

2.2.2 调用pipe函数的进程

2.2.3 实例代码

例子：从键盘读取数据，写入管道，读取管道，写到屏幕

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
	int fds[2];
	char buf[100];
	int len;
	if (pipe(fds) == -1)
		perror("make pipe"), exit(1);
	// read from stdin
	while (fgets(buf, 100, stdin)) {
		len = strlen(buf);
		// write into pipe
		if (write(fds[1], buf, len) != len) {
			perror("write to pipe");
			break;
		}
		memset(buf, 0x00, sizeof(buf));

		// read from pipe
		if ((len = read(fds[0], buf, 100)) == -1) {
			perror("read from pipe");
			break;
		}
		// write to stdout
		if (write(1, buf, len) != len) {
			perror("write to stdout"); 
			break;
		}
	}
}

2.2.4 用fork来共享管道原理

2.2.5 站在文件描述符角度-深度理解管道

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<cerrno>
#include<cstring>
using namespace std;
int main()
{
    //1.创建管道
    int pipefd[2];
    int n=pipe(pipefd);//输出型参数
    if(n!=0)
    {
        cerr<<"errno:"<<errno<<"errstring:"<<strerror(errno)<<endl;
        return 1;
    }
    //pipefd[0]->0->r(读)
    //pipefd[1]->1->w(写)
    cout<<"pipefd[0]:"<<pipefd[0]<<" "<<"pipefd[1]:"<<pipefd[1]<<endl;
    return 0;
}

2.2.6 站在内核角度-管道本质

所以，看待管道，就如同看待文件一样！管道的使用和文件一致，迎合了“Linux一切皆文件思想”

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#define ERR_EXIT(m) do 	{ perror(m); exit(EXIT_FAILURE); } while(0)
int main(int argc, char* argv[])
{
    int pipefd[2];
    if (pipe(pipefd) == -1) ERR_EXIT("pipe error");
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid == -1)
        ERR_EXIT("fork error");
    if (pid == 0) {
        close(pipefd[0]);
        write(pipefd[1], "hello", 5);
        close(pipefd[1]);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    close(pipefd[1]);
    char buf[10] = { 0 };
    read(pipefd[0], buf, 10);
    printf("buf=%s\n", buf);

    return 0;
}

2.2.7 管道读写规则

1. 当没有数据可读时

O_NONBLOCK disable：read调用阻塞，即进程暂停执行，一直等到有数据来到为止
O_NONBLOCK enable：read调用返回-1，errno值为EAGAIN

2. 当管道满的时候

O_NONBLOCK disable： write调用阻塞，直到有进程读走数据
O_NONBLOCK enable：调用返回-1，errno值为EAGAIN

3. 如果所有管道写端对应的文件描述符被关闭，则read返回0 4. 如果所有管道读端对应的文件描述符被关闭，则write操作会产生信号SIGPIPE,进而可能导致write进程退出 5. 当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性 6. 当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性

2.2.8 匿名管道特点

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；通常，一个管道由一个进程创建，然后该进程调用fork，此后父、子进程之间就可应用该管道
管道提供流式服务
一般而言，进程退出，管道释放，所以管道的生命周期随进程
一般而言，内核会对管道操作进行同步与互斥
管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道

2.2.9 进程池

我们用匿名管道实现一个进程池

2.2.9.1 processpool.cc

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<string>
#include<vector>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>
#include"Test.hpp"

using namespace std;

//master
class Channel
{
public:
    Channel(int wfd,pid_t id,const string& name)
        :_wfd(wfd)
        ,_subprocessid(id)
        ,_name(name)
    {}
    int GetWfd(){return _wfd;}
    pid_t GetProcessId(){return _subprocessid;}
    string GetName(){return _name;}
    void CloseChannel(){close(_wfd);}
    void Wait()
    {
        pid_t rid=waitpid(_subprocessid,nullptr,0);
        if(rid>0)
        {
            cout<<"wait "<<rid<<" success "<<endl;
        }
    }
    ~Channel()
    {}
private:
    int _wfd;
    pid_t _subprocessid;
    string _name;
};
//形参类型命名规范
//const &：输出
//& 输入输出
//* 输出型参数
void CreateChannelAndSub(vector<Channel>*Channels ,int num,task_t task)
{
    for(int i=0;i<num;i++)
    {
        //1.创建管道
        int pipefd[2]={0};
        int n=pipe(pipefd);
        if(n<0) exit(1);

        //2.创建子进程

        pid_t id=fork();
        if(id==0)
        {
            if(!Channels->empty())
            {
                //第二次之后创建新的管道
                for(auto &Channel:*Channels)
                {
                    Channel.CloseChannel();
                }
            }
            //child - read
            close(pipefd[1]);
            //work(pipefd[0]);
            dup2(pipefd[0],0);
            task();
            close(pipefd[0]);
            exit(0);
        }

        //3.构建一个channel名称
        string channel_name="Channel-"+to_string(i);

        //father - write
        close(pipefd[0]);
        //子进程的pid
        //父进程关心的管道write
        Channels->push_back(Channel(pipefd[1],id,channel_name));

    }
}

int NextChannel(int channelnum)
{
    static int next=0;
    int channel=next;
    next++;
    next%=channelnum;
    return channel;
}

void SendTaskCommand(Channel& Channel,int taskcommand)
{
    write(Channel.GetWfd(),&taskcommand,sizeof(taskcommand));
}
void ctrlProcessOnce(vector<Channel>& Channels)
{
    sleep(1);
    //a.选择一个任务
    int taskcommand=SelectTask();
    //b.选择一个信道和进程
    int channel_index=NextChannel(Channels.size());
    //c.发送任务
    SendTaskCommand(Channels[channel_index],taskcommand);
    cout<<"taskcommand: "<<taskcommand<<"channel: "\
    <<Channels[channel_index].GetName()<<"sub process: "\
    <<Channels[channel_index].GetProcessId()<<endl;
    
}

void ctrlProcess(vector<Channel>& Channels,int times=-1)
{
    if(times>0)
    {
        while(times--)
        {
            ctrlProcessOnce(Channels);
        }
    }
    else{
        while(true)
        {
            ctrlProcessOnce(Channels);    
        }
    }

}
void CleanUpChannels(vector<Channel>& Channels)
{
    for(auto &Channel:Channels)
    {
        Channel.CloseChannel();
        Channel.Wait();
    }
    // for(auto &Channel:Channels)
    // {
    //     Channel.CloseChannel();
    // }
    // for(auto &Channel:Channels)
    // {
    //     Channel.Wait();
    // }
}

// ./processpool 5
int main(int argc,char *argv[])
{
    if(argc!=2)
    {
        cerr<<"Usage: "<<argv[0]<<" processnum "<<endl;
        return 1;
    }

    int num=stoi(argv[1]);
    LoadTask();

    vector<Channel> Channels;
    //1.创建信道和子进程
    CreateChannelAndSub(&Channels,num,work);
    
    //2.通过channel控制子进程
    ctrlProcess(Channels,10);
    //3.回收管道和子进程
    //a.关闭所有的写端
    //b.回收子进程
    CleanUpChannels(Channels);

    // for(auto&Channel:Channels)
    // {
    //     cout<<"======================"<<endl;
    //     cout<<Channel.GetName()<<endl;
    //     cout<<Channel.GetWfd()<<endl;
    //     cout<<Channel.GetProcessId()<<endl;
    // }
    // sleep(100);

    return 0;
}

2.2.9.2 test.hpp

#pragma once
#include<iostream>
#include<ctime>
#include<cstdlib>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>

#define TaskNum 3
typedef void (*task_t)();//task_t函数指针类型
using namespace std;

task_t tasks[TaskNum];
void Print()
{
    cout<<"I am Print Task"<<endl;
}
void Downland()
{
    cout<<"I am Downland Task"<<endl;
}
void Flush()
{
    cout<<"I am Flush Task"<<endl;
}
void LoadTask()
{
    srand(time(nullptr)^getpid());
    tasks[0]=Print;
    tasks[1]=Downland;
    tasks[2]=Flush;
}
void ExcuteTask(int num)
{
    if(num<0||num>2) return;
    tasks[num]();
}
int SelectTask()
{
    return rand()%TaskNum;
}
void work()
{
    while(true)
    {

        int command=0;
        int n=read(0,&command,sizeof(command));
        if(n==sizeof(int))
        {
            cout<<"pid is: "<<getpid()<<"handler task "<<endl;
            ExcuteTask(command);
        }
        else if(n==0)
        {
            cout<<"sub process: "<<getpid()<<" quit "<<endl;
            break;
        }
    }
}

2.2.9.3 效果

2.3 命名管道

管道应用的一个限制就是只能在具有共同祖先（具有亲缘关系）的进程间通信
如果我们想在不相关的进程之间交换数据，可以使用FIFO文件来做这项工作，它经常被称为命名管道
命名管道是一种特殊类型的文件

2.3.1 创建命名管道

命名管道可以从命令行上创建，命令行方法是使用下面这个命令

$ mkfifo filename

命名管道也可以从程序里创建，相关函数有

int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);

int CreateNamedPipe(const std::string &path)
{
    int res=mkfifo(path.c_str(),0666);
    if(res!=0)
    {
        perror("mkfifo");
    }
    return res;
}

2.3.2 删除管道

int RemoveNamedPipe(const std::string &path)
{
    int res=unlink(path.c_str());
    if(res!=0)
    {
        perror("unlink");
    }
    return res;
}

2.3.3 用命名管道实现server&client通信

2.3.3.1 namedPipe.hpp

#pragma once

#include<iostream>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<string>
#include<cstdio>
#include<cerrno>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>

const std::string comm_path="./myfifo";
#define DefaultFd -1
#define Creater 1
#define User 2
#define Read O_RDONLY
#define Write O_WRONLY
#define BaseSize 4096

class NamedPipe
{
private:
    bool OpenNamedPipe(int mode)
    {
        _fd=open(_fifo_path.c_str(),mode);
        if(_fd<0) return false;
        return true;
    }
public:
    NamedPipe(const std::string &path,int who)
        :_fifo_path(path)
        ,_id(who)
        ,_fd(DefaultFd)
    {
        if(_id==Creater)
        {
            int res=mkfifo(_fifo_path.c_str(),0666);
            if(res!=0)
            {
                perror("mkfifo");
            }
            std::cout<<"creater create named pipe"<<std::endl;
        }
    }
    bool OpenForRead()
    {
        return OpenNamedPipe(Read);
    }
    bool OpenForWrite()
    {
        return OpenNamedPipe(Write);
    }
    int ReadNamedPipe(std::string *out)
    {
        char buffer[BaseSize];
        int n=read(_fd,buffer,sizeof(buffer));
        if(n>0)
        {
            buffer[n]=0;
            *out=buffer;//输出到out
        }
        return n;
    }
    int WriteNamedPipe(const std::string &in)
    {
        return write(_fd,in.c_str(),in.size());
    }
    ~NamedPipe()
    {
        if(_id==Creater)
        {
            //sleep(5);
            int res=unlink(_fifo_path.c_str());
            if(res!=0)
            {
                perror("unlink");
            }
            std::cout<<"creater free named pipe"<<std::endl;
        }
        if(_fd!=DefaultFd)close(_fd);
    }

private:
    const std::string _fifo_path;
    int _id;
    int _fd;
};

// int CreateNamedPipe(const std::string &path)
// {
//     int res=mkfifo(path.c_str(),0666);
//     if(res!=0)
//     {
//         perror("mkfifo");
//     }
//     return res;
// }
// int RemoveNamedPipe(const std::string &path)
// {
//     int res=unlink(path.c_str());
//     if(res!=0)
//     {
//         perror("unlink");
//     }
//     return res;
// }

2.3.3.2 server.cc

#include "namedPipe.hpp"

int main()
{
    // read
    NamedPipe fifo(comm_path, Creater);
    //对于读端而言，如果我们打开文件，但是写端还没来
    //我会阻塞在open调用中，直到对方打开

    //进程同步
    if (fifo.OpenForRead())
    {
        std::cout<<"server open named pipe done"<<std::endl;
        
        sleep(3);
        while (true)
        {
            std::string message;
            int n = fifo.ReadNamedPipe(&message);
            if (n > 0)
            {
                std::cout << "client say> " << message << std::endl;
            }
            else if(n==0)
            {
                std::cout<<"client quit, server too!"<<std::endl;
                break;
            }
            else
            {
                std::cout<<"fifo.ReadNamedPipe Error"<<std::endl;
                break;
            }
        }
    }
        // CreateNamedPipe(comm_path);
        // sleep(5);
        // RemoveNamedPipe(comm_path);
        return 0;
}

2.3.3.3 client.cc

#include "namedPipe.hpp"

int main()
{
    // write
    NamedPipe fifo(comm_path, User);
    std::cout<<"client open named pipe done"<<std::endl;
    while (true)
    {
        //std::cout<<"client open named pipe done"<<std::endl;

        if (fifo.OpenForWrite())
        {
            std::cout << "Please Enter> ";
            std::string message;
            std::getline(std::cin, message);
            fifo.WriteNamedPipe(message);
        }
    }

    return 0;
}

2.3.3.4 效果

3.system V共享内存

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

3.1 共享内存示意图

3.2 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 */
};

3.3 共享内存函数

3.3.1 shmget函数

功能：用来创建共享内存
原型
     int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
参数
    key:这个共享内存段名字
    size:共享内存大小
    shmflg:由九个权限标志构成，它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样的
返回值：成功返回一个非负整数，即该共享内存段的标识码；失败返回

3.3.2 shmat函数

功能：将共享内存段连接到进程地址空间
原型
    void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
参数
    shmid: 共享内存标识
    shmaddr:指定连接的地址
    shmflg:它的两个可能取值是SHM_RND和SHM_RDONLY
返回值：成功返回一个指针，指向共享内存第一个节；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

3.3.3 shmdt函数

功能：将共享内存段与当前进程脱离
原型
     int shmdt(const void *shmaddr);
参数
     shmaddr: 由shmat所返回的指针
返回值：成功返回0；失败返回-1
注意：将共享内存段与当前进程脱离不等于删除共享内存段

3.3.4 shmctl函数

功能：用于控制共享内存
原型
     int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
参数
     shmid:由shmget返回的共享内存标识码
     cmd:将要采取的动作（有三个可取值）
     buf:指向一个保存着共享内存的模式状态和访问权限的数据结构
返回值：成功返回0；失败返回-1

3.4 实例代码

代码部分可自行打开注释测试

3.4.1 namedPipe.hpp

#pragma once

#include<iostream>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<string>
#include<cstdio>
#include<cerrno>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>

const std::string comm_path="./myfifo";
#define DefaultFd -1
#define Creater 1
#define User 2
#define Read O_RDONLY
#define Write O_WRONLY
#define BaseSize 4096

class NamedPipe
{
private:
    bool OpenNamedPipe(int mode)
    {
        _fd=open(_fifo_path.c_str(),mode);
        if(_fd<0) return false;
        return true;
    }
public:
    NamedPipe(const std::string &path,int who)
        :_fifo_path(path)
        ,_id(who)
        ,_fd(DefaultFd)
    {
        if(_id==Creater)
        {
            int res=mkfifo(_fifo_path.c_str(),0666);
            if(res!=0)
            {
                perror("mkfifo");
            }
            std::cout<<"creater create named pipe"<<std::endl;
        }
    }
    bool OpenForRead()
    {
        return OpenNamedPipe(Read);
    }
    bool OpenForWrite()
    {
        return OpenNamedPipe(Write);
    }
    int ReadNamedPipe(std::string *out)
    {
        char buffer[BaseSize];
        int n=read(_fd,buffer,sizeof(buffer));
        if(n>0)
        {
            buffer[n]=0;
            *out=buffer;//输出到out
        }
        return n;
    }
    int WriteNamedPipe(const std::string &in)
    {
        return write(_fd,in.c_str(),in.size());
    }
    ~NamedPipe()
    {
        if(_id==Creater)
        {
            //sleep(5);
            int res=unlink(_fifo_path.c_str());
            if(res!=0)
            {
                perror("unlink");
            }
            std::cout<<"creater free named pipe"<<std::endl;
        }
        if(_fd!=DefaultFd)close(_fd);
    }

private:
    const std::string _fifo_path;
    int _id;
    int _fd;
};

3.4.2 Shm.hpp

#ifndef __SHM_HPP__
#define __SHM_HPP__

#include <iostream>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <cstdio>
#include <cerrno>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <cstring>

const int gCreater = 1;
const int gUser = 2;
const std::string gpathname = "/home/dc/lesson31pipe/4.shm";
const int gproj_id = 0x66;
const int gShmsize = 4096;

class Shm
{
private:
    key_t GetCommKey()
    {
        key_t k = ftok(_pathname.c_str(), _proj_id);
        if (k < 0)
        {
            perror("ftok");
        }
        return k;
    }

    int GetShmHelper(key_t key, int size, int flag)
    {
        int shmid = shmget(key, size, flag);
        if (shmid < 0)
        {
            perror("shmget");
        }
        return shmid;
    }

    std::string RoleToString(int _who)
    {
        if (_who == gCreater)
            return "Creater";
        else if (_who == gUser)
            return "User";
        else
            return "None";
    }
    void *AttachShm()
    {
        if (_addrshm != nullptr)
            DetachShm(_addrshm);

        void *shmaddr = shmat(_shmid, nullptr, 0);
        if (shmaddr == nullptr)
        {
            perror("shmat");
        }
        std::cout << "who: " << RoleToString(_who) << " attach shm..." << std::endl;
        return shmaddr;
    }
    void DetachShm(void *shmaddr)
    {
        if (shmaddr == nullptr)
            return;
        shmdt(shmaddr);
        std::cout << "who: " << RoleToString(_who) << " detach shm..." << std::endl;
    }

public:
    Shm(const std::string &pathname, int proj_id, int who)
        : _pathname(pathname), _proj_id(proj_id), _who(who), _addrshm(nullptr)
    {
        _key = GetCommKey();
        if (_who == gCreater)
            GetShmUseCreate();
        else if (_who == gUser)
            GetShmForUse();
        _addrshm = AttachShm();
        std::cout << "shmid: " << _shmid << std::endl;
        std::cout << "key: " << ToHex(_key) << std::endl;
    }
    std::string ToHex(key_t key)
    {
        char buffer[128];
        snprintf(buffer, sizeof(buffer), "0x%x", _key);
        return buffer;
    }
    bool GetShmUseCreate()
    {
        if (_who == gCreater)
        {
            _shmid = GetShmHelper(_key, gShmsize, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
            // sleep(5);
            if (_shmid >= 0)
                return true;
            std::cout << "shm create done..." << std::endl;
        }
        return false;
    }
    bool GetShmForUse()
    {
        if (_who == gUser)
        {
            _shmid = GetShmHelper(_key, gShmsize, IPC_CREAT | 0666);
            // sleep(5);
            if (_shmid >= 0)
                return true;
            std::cout << "shm get done..." << std::endl;
        }
        return false;
    }
    void Zero()
    {
        if (_addrshm)
        {
            memset(_addrshm, 0, gShmsize);
        }
    }
    void *Addr()
    {
        return _addrshm;
    }
    ~Shm()
    {
        if (_who == gCreater)
        {
            int res = shmctl(_shmid, IPC_RMID, nullptr);
        }
        std::cout << "shm remove done..." << std::endl;
    }

private:
    key_t _key;
    int _shmid;

    std::string _pathname;
    int _proj_id;

    int _who;
    void *_addrshm;
};

#endif

3.4.3 server.cc

#include "Shm.hpp"
#include "namedPipe.hpp"
int main()
{
    //1.创建共享内存
    Shm shm(gpathname, gproj_id, gCreater);
    // char *addr = (char *)shm.AttachShm();
    // shm.DetachShm(addr);
    //shm.Zero();
    char *shmaddr=(char*)shm.Addr();
    
    //2.创建管道
    // NamedPipe fifo(comm_path,Creater);
    // fifo.OpenForRead();
    //int cnt=10;
    while(true)
    {
        std::string temp;
        //fifo.ReadNamedPipe(&temp);

        std::cout<<"shm memory content: "<<shmaddr<<std::endl;
        sleep(1);
    }
    // key_t key=GetCommKey(gpathname,gproj_id);
    // std::cout<<"key: "<<ToHex(key)<<std::endl;
    // int shmid=ShmGet(key,4096);
    // std::cout<<"shmid: "<<shmid<<std::endl;

    return 0;
}

3.4.4 client.cc

#include "Shm.hpp"
#include "namedPipe.hpp"
int main()
{

    // 1.创建共享内存
    Shm shm(gpathname, gproj_id, gUser);
    // char *addr = (char *)shm.AttachShm();
    // shm.DetachShm(addr);
    shm.Zero();
    char *shmaddr = (char *)shm.Addr();
    sleep(3);

    // 2.打开管道
    // NamedPipe fifo(comm_path, User);
    // fifo.OpenForWrite();

    // 当成string
    char ch = 'A';
    while (ch <= 'Z')
    {
        shmaddr[ch - 'A'] = ch;
        ch++;
        // std::string temp = "wake up";
        // std::cout << "add " << ch << " into Shm, "
        //           << "wakeup reader" << std::endl;
        // fifo.WriteNamedPipe(temp);
        sleep(2);
        //ch++;
    }

    // key_t key=GetCommKey(gpathname,gproj_id);
    // std::cout<<"key: "<<ToHex(key)<<std::endl;
    // //int shmid=ShmGet(key,4096);
    // //std::cout<<"shmid: "<<shmid<<std::endl;
    return 0;
}

注意：共享内存没有进行同步与互斥！

5.system V消息队列

消息队列提供了一个从一个进程向另外一个进程发送一块数据的方法
每个数据块都被认为是有一个类型，接收者进程接收的数据块可以有不同的类型值

特性方面

IPC资源必须删除，否则不会自动清除，除非重启，所以system V IPC资源的生命周期随内核

6.system V信号量

5个概念:

多个执行流(进程),能看到的一份资源:共享资源!
被保护起来的资源 --- 临界资源 ---- 同步和互斥:- 用互斥的方式保护共享资源 ---临界资源
互斥:任何时刻只能有一个进程在访问共享资源
资源 --- 要被程序员访问 --- 资源被访问，朴素的认识，就是通过代码访问 --- 代码访问共享资源的代码 +不访问共享资源的代码e.所谓的对共享资源进行保护 --- 临界资源 --- 本质是对访问共享资源的代码进行保护!

6.1 信号量的操作

6.2 进程互斥

由于各进程要求共享资源，而且有些资源需要互斥使用，因此各进程间竞争使用这些资源，进程的这种
关系为进程的互斥
系统中某些资源一次只允许一个进程使用，称这样的资源为临界资源或互斥资源。
在进程中涉及到互斥资源的程序段叫临界区

特性方面

IPC资源必须删除，否则不会自动清除，除非重启，所以system V IPC资源的生命周期随内核

7.OS管理

操作系统如何把共享内存，消息队列，信号量统一管理起来：

板书/20240427_namedpipe_shm.png · whb-helloworld/111 - 码云 - 开源中国 (gitee.com)

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目录

前言
1.进程间通信介绍
- 1.1 进程间通信目的
- 1.2 进程间通信发展
- 1.3 进程间通信分类
  - 1.3.1 管道
  - 1.3.2 System V IPC
  - 1.3.3 POSIX IPC
2.管道
- 2.1 什么是管道
- 2.2 匿名管道
  - 2.2.1 pipe函数
  - 2.2.2 调用pipe函数的进程
  - 2.2.3 实例代码
  - 2.2.4 用fork来共享管道原理
  - 2.2.5 站在文件描述符角度-深度理解管道
  - 2.2.6 站在内核角度-管道本质
  - 2.2.7 管道读写规则
  - 2.2.8 匿名管道特点
  - 2.2.9 进程池
- 2.3 命名管道
  - 2.3.1 创建命名管道
  - 2.3.2 删除管道
2.3.3 用命名管道实现server&client通信
3.system V共享内存
- 3.1 共享内存示意图
- 3.2 共享内存数据结构
- 3.3 共享内存函数
  - 3.3.1 shmget函数
  - 3.3.2 shmat函数
  - 3.3.3 shmdt函数
  - 3.3.4 shmctl函数
- 3.4 实例代码
  - 3.4.1 namedPipe.hpp
  - 3.4.2 Shm.hpp
  - 3.4.3 server.cc
  - 3.4.4 client.cc
5.system V消息队列
6.system V信号量
- 6.1 信号量的操作
- 6.2 进程互斥
7.OS管理

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