【Linux】进程间通信（万字详解）—— 匿名管道 | 命名管道 | System V | 共享内存

🌈欢迎来到Linux专栏~~进程通信

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文章目录

一. 进程间通信介绍

进程之间会存在特定的协同工作的场景：

• 数据传输：一个进程要把自己的数据交给另一个进程，让其继续进行处理
• 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

进程间通信的本质就是，让不同的进程看到同一份资源

进程是具有独立性的。虚拟地址空间+页表 保证了进程运行的独立性（进程内核数据结构+进程代码和数据）

进程通信的前提，首先需要让不同的进程看到同一份“内存”（特定的结构组织）

• 这块内存应该属于谁呢？为了维持进程独立性，它一定不属于进程A或B，它属于操作系统。

综上，进程间通信的前提就是：由OS参与，提供一份所有通信进程都能看到的公共资源。

进程间通信的发展

• 管道 - 匿名管道pipe- 命名管道pipe
• System V标准 进程间通信 - System V 消息队列- System V 共享内存- System V 信号量
• POSIX标准 进程间通信(多线程详谈) - 消息队列- 共享内存- 信号量- 互斥量- 条件变量- 读写锁

二. 管道

什么是管道？

• 有入口，有出口，都是单向传输资源的（数据）

所以计算机领域设计者，设计了一种单向通信的方式 —— 管道

🌍匿名管道

众所周知，父子进程是两个独立进程，父子通信也是进程间通信的一种，基于父子间进程通信就是匿名管道。我们首先要对匿名管道有一个宏观的认识

父进程创建子进程，子进程需要以父进程为模板创建自己的

files_struct

，而不是与父进程共用；但是struct file这个结构体就不会拷贝，因为打开文件也与创建进程无关（文件的数据不用拷贝）

• 因为左边是进程相关数据结构，右边是文件相关结构

😎匿名管道原理

1. 父进程创建管道，对同一文件分别以读&写方式打开

1. 父进程fork创建子进程
2. 因为管道是一个只能单向通信的信道，父子进程需要关闭对应读写端，至于谁关闭谁，取决于通信方向。

于是，通过子进程继承父进程资源的特性，双方进程看到了同一份资源。

😎创建匿名管道pipe

pipe

谁调用就让以读写方式打开一个文件（内存级文件）

#include<unistd.h>intpipe(int pipefd[2]);

• 参数pipefd：输出型参数！通过这个参数拿到两个打开的fd
• 返回值：成功返回0；失败返回-1

数组

pipefd

用于返回两个指向管道读端和写端的文件描述符：
数组元素含义pipefd[0]~嘴巴管道读端的文件描述符pipefd[1] ~ 钢笔管道写端的文件描述符
此处提取查一下要用到的函数

• man2是获得系统（linux内核）调用的用法； man 3 是获得标准库（标准C语言库、glibc）函数的文档

//linux中用man可以查哦#include<unistd.h>
pid_t fork(void);#include<unistd.h>intclose(int fd);#include<stdlib.h>voidexit(int status);

下面按照之前讲的原理进行逐一操作：①创建管道 ②父进程创建子进程 ③关闭对应的读写端，形成单向信道

#include<iostream>#include<unistd.h>#include<cstdio>#include<cstring>#include<string.h>#include<assert.h>usingnamespace std;intmain(){//1.创建管道int pipefd[2]={0};int n =pipe(pipefd);//失败返回-1assert(n !=-1);//只在debug下有效(void)n;//仅此证明n被使用过#ifdefDEBUG
    cout<<"pipefd[0]"<< pipefd[0]<< endl;//3
    cout<<"pipefd[1]"<< pipefd[1]<< endl;//4#endif//2.创建子进程 
    pid_t id =fork();assert(id !=-1);if(id ==0){//子进程//3. 构建单向通信的信道//3.1 子进程关闭写端[1]close(pipefd[1]);exit(0);}//父进程//父进程关闭读端[0]close(pipefd[0]);return0;}

在此基础上，我们就要进行通信了，实际上就是对某个文件进行写入，因为管道也是文件，下面提提前查看要用到的函数

#include<unistd.h>
ssize_t write(int fd,constvoid*buf, size_t count);#include<unistd.h>
ssize_t read(int fd,void*buf, size_t count);
返回值:- 返回写入的字节数
- 零表示未写入任何内容，这里意味着对端进程关闭文件描述符

#include<unistd.h>unsignedintsleep(unsignedint seconds);

😎demo代码

简单实现了管道通信的demo版本：

#include<iostream>#include<unistd.h>#include<cstdio>#include<cstring>#include<string.h>#include<assert.h>#include<sys/types.h>#include<sys/wait.h>usingnamespace std;intmain(){//1.创建管道int pipefd[2]={0};int n =pipe(pipefd);//失败返回-1assert(n !=-1);//只在debug下有效(void)n;//仅此证明n被使用过#ifdefDEBUG
    cout<<"pipefd[0]"<< pipefd[0]<< endl;//3
    cout<<"pipefd[1]"<< pipefd[1]<< endl;//4#endif//2.创建子进程 
    pid_t id =fork();assert(id !=-1);if(id ==0){//子进程  - 读//3. 构建单向通信的信道//3.1 子进程关闭写端[1]close(pipefd[1]);char buffer[1024];while(1){
            size_t s =read(pipefd[0], buffer,sizeof(buffer)-1);if(s >0){
                buffer[s]=0;//因为read是系统调用，没有/0，此处给加上
                cout<<"child get a message["<<getpid()<<"] 爸爸对你说"<< buffer << endl;}}//close(pipefd[0]);exit(0);}//父进程 - 写//父进程关闭读端[0]close(pipefd[0]);
    string message ="我是父进程，我正在给你发消息";int count =0;//计算发送次数char send_buffer[1024];while(true){//3.2构建一个变化的字符串snprintf(send_buffer,sizeof(send_buffer),"%s[%d] : %d",message.c_str(),getpid(), count);
        count++;//3.3写入write(pipefd[1], send_buffer,strlen(send_buffer));//此处strlen不能+1//3.4 故意sleepsleep(1);}

    pid_t ret =waitpid(id,nullptr,0);assert(ret !=-1);(void)ret;return0;}

此处有个问题：为什么不定义一个全局的buffer来进行通信呢？

• 因为有写时拷贝的存在，无法更改通信！

上面的方法就是把数据交给管道，让对方通过管道进行读取

😎匿名管道通信的4种情况

之前父子进程同时向显示器中写入的时候，二者会互斥 —— 缺乏访问控制

而对于管道进行读取的时候，父进程如果写的慢，子进程就会等待读取 —— 这就是说明管道具有访问控制

✨读阻塞：写快，读慢

父进程疯狂的进行写入，子进程隔10秒才读取，子进程会把这10秒内父进程写入的所有数据都一次性的打印出来！

代码如非就是在父进程添加了打印conut，子进程sleep(10)，可以自行的在demo代码上添加

父进程写了1220次，子进程一次就给你读完了，读写之间没有关系，这就叫做流式的服务。
也就是管道是面向字节流的，也就是只有字节的概念，究竟读成什么样也无法保证，甚至可能读出乱码，所以父子进程通信也是需要制定协议的，但这个我们网络再细说。。

✨写阻塞：写慢，读快

管道没有数据的时候，读端必须等待：父进程每隔2秒才进行写入，子进程疯狂的读取

✨写端关闭

父进程写入10秒，后把写端fd关闭，读端会怎么样?

• 写入的一方，fd没有关闭，如果有数据就读，没有数据就等
• 写入的一方，fd关闭了，读取的一方，read会返回0，表示读到了文件结尾，退出读端

#include<iostream>#include<unistd.h>#include<cstdio>#include<cstring>#include<string.h>#include<assert.h>#include<sys/types.h>#include<sys/wait.h>usingnamespace std;intmain(){//1.创建管道int pipefd[2]={0};int n =pipe(pipefd);//失败返回-1assert(n !=-1);//只在debug下有效(void)n;//仅此证明n被使用过#ifdefDEBUG
    cout<<"pipefd[0]"<< pipefd[0]<< endl;//3
    cout<<"pipefd[1]"<< pipefd[1]<< endl;//4#endif//2.创建子进程 
    pid_t id =fork();assert(id !=-1);if(id ==0){//子进程  - 读//3. 构建单向通信的信道//3.1 子进程关闭写端[1]close(pipefd[1]);char buffer[1024*8];while(1){//sleep(10);//20秒读一次//写入的一方，fd没有关闭，如果有数据就读，没有数据就等//写入的一方，fd关闭了，读取的一方，read会返回0，表示读到了文件结尾
            size_t s =read(pipefd[0], buffer,sizeof(buffer)-1);if(s >0){
                buffer[s]=0;//因为read是系统调用，没有/0，此处给加上
                cout<<"child get a message["<<getpid()<<"] 爸爸对你说"<< buffer << endl;}elseif(s ==0){
                cout <<"write quit(father), me quit!!!"<<endl;break;}}//close(pipefd[0]);exit(0);}//父进程 - 写//父进程关闭读端[0]close(pipefd[0]);
    string message ="我是父进程，我正在给你发消息";int count =0;//计算发送次数char send_buffer[1024*8];while(true){//3.2构建一个变化的字符串snprintf(send_buffer,sizeof(send_buffer),"%s[%d] : %d",message.c_str(),getpid(), count);
        count++;//3.3写入write(pipefd[1], send_buffer,strlen(send_buffer));//此处strlen不能+1//3.4 故意sleepsleep(1);
        cout<< count <<endl;if(count ==5){
            cout<<"父进程写端退出"<< endl;break;}}close(pipefd[1]);//关闭读端

    pid_t ret =waitpid(id,nullptr,0);assert(ret !=-1);(void)ret;return0;}

运行结果如下：

✨读端关闭

读端关闭，写端继续写入，直到OS终止写进程

#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>#include<sys/types.h>#include<sys/wait.h>intmain(){int fd[2]={0};if(pipe(fd)<0){//使用pipe创建匿名管道perror("pipe");return1;}
    pid_t id =fork();//使用fork创建子进程if(id ==0){//childclose(fd[0]);//子进程关闭读端//子进程向管道写入数据constchar* msg ="hello father, I am child...";int count =10;while(count--){write(fd[1], msg,strlen(msg));sleep(1);}close(fd[1]);//子进程写入完毕，关闭文件exit(0);}//fatherclose(fd[1]);//父进程关闭写端close(fd[0]);//父进程直接关闭读端（导致子进程被操作系统杀掉）int status =0;waitpid(id,&status,0);printf("child get signal:%d\n", status &0x7F);//打印子进程收到的信号return0;}

运行结果显示，子进程退出时收到的是13号信号

通过kill -l命令可以查看13对应的具体信号

由此可知，当发生情况四时，操作系统向子进程发送的是

SIGPIPE

信号将子进程终止的。

🐋总结上述的4中场景：

• 写快，读慢，写满了不能再写了
• 写慢，读快，管道没有数据的时候，读端必须等待
• 写关，读取的一方，read会返回0，表示读到了文件结尾，退出读端
• 读关，写继续写，OS终止写进程 ——

🧐由上总结出匿名管道的5个特点 ——

1. 管道是一个单向通信的通信管道，是半双工通信的一种特殊情况
2. 管道是用来进行具有血缘关系的进程进行进程间通信 —— 常用于父子通信
3. 管道具有通过让进程间协同，提供了访问控制！
4. 管道是 面向字节流 —— 协议（后面详谈）
5. 管道是基于文件的，管道的声明周期是随进程的

😎管道的大小

管道的容量是有限的，如果管道已满，那么写端将阻塞或失败，那么管道的最大容量是多少呢？

ps：原子性：要么做了，要么不做，没有中间状态

方法1 ：man手册查询

然后我们可以使用

uname -r

命令，查看自己使用的Linux版本

我使用的是Linux 2.6.11之后的版本，因此管道的最大容量是65536字节

方法二：自行测试

也就是如果读端一直不读取，写端又不断的写入，当管道被写满后，写端进程就会被挂起。据此，我们可以写出以下代码来测试管道的最大容量。

#include<unistd.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<sys/wait.h>intmain(){int fd[2]={0};if(pipe(fd)<0){//使用pipe创建匿名管道perror("pipe");return1;}
    pid_t id =fork();//使用fork创建子进程if(id ==0){//child close(fd[0]);//子进程关闭读端char c ='a';int count =0;//子进程一直进行写入，一次写入一个字节while(1){write(fd[1],&c,1);
            count++;printf("%d\n", count);//打印当前写入的字节数}close(fd[1]);exit(0);}//fatherclose(fd[1]);//父进程关闭写端//父进程不进行读取waitpid(id,NULL,0);close(fd[0]);return0;}

写端进程最多写65536字节的数据就被操作系统挂起了，也就是说，我当前Linux版本中管道的最大容量是65536字节

🌍命名管道

为了解决匿名管道只能在父子之间通信，我们引入命名管道，可以在任意不相关进程进行通信

多个进程打开同一个文件，**OS只会创建

一个struct_file

**

命名管道就是一种特殊类型的文件(可以被打开，但不会将数据刷新进磁盘)，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。

命名管道就是通过唯一路径/文件名的方式定位唯一磁盘文件的

ps：命名管道和匿名管道一样，都是内存文件，只不过命名管道在磁盘有一个简单的映像（所以有名字），但这个映像的大小永远为0，因为命名管道和匿名管道都不会将通信数据刷新到磁盘当中。

🎨创建命名管道

💛 make FIFOs 在命令行上创建命名管道

mkfifo(named pipes)

FIFO

：First In First Out 队列呀

来个小实验：
命令行上执行的命令

echo

和

cat

都是进程，所以这就是通过管道文件进行的进程间通信 ——

💛 那么如何用代码实现命名管道进程间通信的呢？

//查手册：man 3 mkfifo#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>intmkfifo(constchar*pathname, mode_t mode);

• pathname：管道文件路径
• mode：管道文件权限
• 返回值：创建成功返回0；创建失败返回-1，并设置错误码

我touch了server.c和client.c，最终希望在

server

和

client

两个进程之间相互通信，先写一个Makefile ——

.PHONY:all
all:client server

client:client.cxx
    g++-o $@ $^-std=c++11
server:server.cxx
    g++-o $@ $^-std=c++11.PHONY:clean
clean:
    rm -f client server

• Makefile自顶向下扫描，只会把第一个目标文件作为最终的目标文件。所以要一次性生成两个可执行程序，需要定义伪目标.PHONY: all，并添加依赖关系

🎨基于命名管道通信

comm.h

我们创建一个共用的头文件，这只是为了两个程序能有看到同一个资源的能力了

#ifndef_COMM_H_ //能避免头文件的重定义#define_COMM_H_//hpp和.h的区别:.h里面只有声明，没有实现，而.hpp里声明实现都有，后者可以减少.cpp的数量#include<iostream>#include<string>#include<unistd.h>#include<cstdio>#include<cstring>#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>usingnamespace std;#defineMODE0666#defineSIZE128
string ipcPath ="./fifo.ipc";#endif

server.c

1. 创建命名管道
2. 读信息，并实现相应业务逻辑

#include"comm.hpp"intmain(){//1.创建管道文件if(mkfifo(ipcPath.c_str(), MODE)<0){perror("mkfifo");exit(1);}//2. 正常的文件操作int fd =open(ipcPath.c_str(), O_RDONLY);if(fd <0){perror("open");exit(2);}//3.编写正常的通信代码char buffer[SIZE];while(1){memset(buffer,'\0',sizeof(buffer));
        ssize_t s =read(fd, buffer,sizeof(buffer)-1);if(s >0){
            cout <<"client say >"<< buffer << endl;}elseif(s ==0){//说明写端关闭了
            cerr <<"read end of file, client quit, server quit too"<<endl;}else{//读取失败perror("read");break;}}//4. 关闭文件close(fd);unlink(ipcPath.c_str());//通信完毕，删除文件return0;}

client.c
此时不需要再创建命名管道，只需要获取已打开的命名管道文件

• 从键盘拿到了待发送数据
• 发送数据，也就是向管道中写入

#include"comm.hpp"intmain(){//不需要创建fifo，只需获取即可int fd =open(ipcPath.c_str(), O_WRONLY);if(fd <0){perror("open");exit(1);}//2.ipc通信
    string buffer;while(1){
        cout <<"Place Enter Message:";
        std::getline(std::cin, buffer);write(fd, buffer.c_str(),sizeof(buffer));}//3.关闭close(fd);return0;}

效果展示：
一定要先运行服务端

server

创建命名管道，再运行客户端，实现了不相关进程通信 ——

如果我想让多个子进程来执行打印任务

当然我们就要调整一下

server.c

的业务逻辑：

#include"comm.hpp"#include<sys/wait.h>staticvoidgetMessage(int fd){//3.编写正常的通信代码char buffer[SIZE];while(1){memset(buffer,'\0',sizeof(buffer));
        ssize_t s =read(fd, buffer,sizeof(buffer)-1);if(s >0){
            cout <<"["<<getpid()<<"] "<<"client say >"<< buffer << endl;}elseif(s ==0){//说明写端关闭了
            cerr <<"["<<getpid()<<"] "<<"read end of file, client quit, server quit too"<<endl;}else{//读取失败perror("read");break;}}}intmain(){//1.创建管道文件if(mkfifo(ipcPath.c_str(), MODE)<0){perror("mkfifo");exit(1);}//log("创建管道文件成功", Debug) << "step 1" <<endl;//2. 正常的文件操作int fd =open(ipcPath.c_str(), O_RDONLY);if(fd <0){perror("open");exit(2);}//log("打开管道文件成功", Debug) << "step 2" <<endl;int nums =3;for(int i =0; i < nums; i++){
        pid_t id =fork();if(id==0){//子进程getMessage(fd);exit(2);}}for(int i =0; i < nums; i++){waitpid(-1,nullptr,0);}//4. 关闭文件close(fd);//log("关闭管道文件成功", Debug) << "step 3" <<endl;unlink(ipcPath.c_str());//通信完毕，删除文件//log("删除管道文件成功", Debug) << "step 4" <<endl;return0;}

🌍 pipe vs fifo

为什么pipe叫做匿名管道和和fifo叫做命名管道？

• 匿名管道文件属于内存级的文件，不需要名字，因为它是通过父子继承的方式看到同一份资源
• 命名管道一定要有名字，从而使不相关进程通过唯一路径定位同一个文件

三. System V标准下的进程间通信方式

下面我们要学习System V标准，是在同一主机内的进程间通信方案，是站在OS层面，专门为进程间通信设计的方案。

进程通信的本质是先让不同进程看到同一份资源，System V提供了这三个主流方案 ——

• 共享内存 - 传递数据
• 消息队列(有点落伍) - 传递数据
• 信号量 (多线程讲POSIX标准) - 实现进程同步&控制详谈

🌈共享内存

基于共享内存进行进程间通信原理 ——

1. 首先在物理内存当中申请一块内存空间，将这块内存空间分别与各个进程各自的页表之间建立映射
2. 进程虚拟地址空间当中开辟空间（共享内存）并将虚拟地址填充到各自页表的对应位置，使得虚拟地址和物理地址之间建立起对应关系
3. 所以两个进程便看到了同一份物理内存，这块物理内存就叫做共享内存

💦共享内存的建立

共享内存提供者是操作系统OS，那么操作系统要不要管理共享内存呢？ -> 先描述再组织

共享内存 = 共享内存块 + 对应的共享内存的内核数据结构（来描述其属性）

💛 创建共享内存

#include<sys/ipc.h>#include<sys/shm.h>intshmget(key_t key, size_t size,int shmflg);

参数：

• key:为了使不同进程看到同一段共享内存，即让不同进程拿到同一个ID，需要由用户自己设定，但如何设定的与众不同好难啊，就要借助下面这个函数。所以怎么样保证两个进程拿到同一个key值呢？#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>key_t ftok(constchar*pathname,int proj_id);- pathname：自定义路径名- proj_id：自定义项目ID- 返回值：成功后，返回生成的key_t值。失败时返回1
• szie：共享内存的大小，建议是4KB的整数倍，因为共享内存在内核中申请的基本单位是页(内存页)。
• shmflg：标记位，这一看就是宏，都是只有一个比特位是1且相互不重复的数据，这样|在一起，就能传递多个标志位- IPC_CREAT：如果单独使用IPC_CREAT或者flg为0，如果创建共享内存时，底层已经存在，获取之；如果不存在，就创建之- IPC_EXCL：单独使用没有意义，通常要搭配起来IPC_CREAT | IPC_EXCL，如果底层不存在，就创建，并返回；如果底层存在就出错返回。这样的意义在于 如果调用成功，得到的一定是一个全新的共享内存。

返回值：成功后，将返回有效的共享内存标识符。失败了，返回-1，并设置errno错误码。

💛 控制共享内存

手动查看与手动删除

ipcs -m 查看ipc资源，不带选项默认查看消息队列(-q)、共享内存(-m)、信号量(-s)
ipcrm -m + shmid //删除共享内存

system V IPC资源，生命周期随内核！所以我们要手动 / 自动删除，那怎么样自动删除呢？

💛 控制共享内存

#include<sys/ipc.h>#include<sys/shm.h>intshmctl(int shmid,int cmd,structshmid_ds*buf);

参数：

• cmd：设置IPC_RMID就行，IPC_RMID：即便是有进程和当下的shm挂接，依旧删除共享内存（强大）
• buf：这就是描述共享内存的数据结构啊！ 返回值：失败返回-1，成功返回0

💛 挂接和去关联

attach 挂接 ——

#include<sys/types.h>#include<sys/shm.h>void*shmat(int shmid,constvoid*shmaddr,int shmflg);

• shmaddr：挂接到什么位置，我们也不知道，给NULL，让操作系统来设置
• shmflg： 给0

最重要的是返回值：

• 这个地址一定是虚拟地址，类似malloc返回申请到的起始地址
• 失败返回-1，并设置错误码

detach 去关联 ——

intshmdt(constvoid*shmaddr);

• shmaddr：shmat返回的地址

注意：去关联，不是释放共性内存，而是取消当前进程和共享内存的关系，本质是去掉进程和物理内存构建映射关系的页表项去掉

返回值：成功返回0，失败返回-1

💛 shmid 和 key

只有创建的时候用key，大部分用户访问共享内存，都用的是shmid（用户层）

💦共享内存的进程间通信

comm.h

#pragmaone#include<iostream>#include<cstdio>#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/shm.h>#include"log.hpp"usingnamespace std;//不推荐#definePATH_NAME"/home/ljj"#definePROJ_ID0x66

server.c

1. 创建公共的key值
2. 创建共享内存 - 建议创建一个全新的共享内存：因为是通信的发起者 带选项IPC_CREAT | IPC_EXCL若和系统中已经存在的ID冲突，则出错返回； 注意到其中权限perm是0，那也可以设置一下int shmid =shmget(key, SIZE, IPC_CREAT | IPC_EXCL |0666);
3. 将指定的共享内存，挂接到自己的地址空间上
4. 将指定的共享内存，从自己的地址空间去关联
5. 删除共享内存

#include"comm.hpp"

string TransToHex(key_t k){char buffer[32];snprintf(buffer,sizeof(buffer),"0x%x", k);return buffer;}intmain(){//1.创建公共的key值
    key_t k =ftok(PATH_NAME, PROJ_ID);assert(k !=-1);Log("create key done", Debug)<<"server key : "<<TransToHex(k)<< endl;//2. 创建共享内存  - 建议创建一个全新的共享内存：因为是通信的发起者int shmid =shmget(k, SHM_SIZE, IPC_CREAT | IPC_EXCL |0666);if(shmid ==-1){perror("shmget");exit(1);}Log("creat shm done", Debug)<<"shmid : "<< shmid << endl;sleep(10);//3.将指定的共享内存，挂接到自己的地址空间上char*shmaddr =(char*)shmat(shmid,nullptr,0);Log("attach shm done", Debug)<<"shmid : "<< shmid << endl;sleep(10);//这里就是通信的代码//4.将指定的共享内存，从自己的地址空间去关联int n =shmdt(shmaddr);assert(n !=-1);(void)n;Log("detach shm done", Debug)<<"shmid : "<< shmid << endl;sleep(10);//5.删除共享内存
    n =shmctl(shmid, IPC_RMID,nullptr);assert(n !=-1);(void)n;Log("delete shm done", Debug)<<"shmid : "<< shmid << endl;return0;}

关于申请共享内存的大小size，我们说建议是4KB的整数倍，因为共享内存在内核中申请的基本单位是页(内存页)，4KB。如果我申请4097Byte大小的空间，内核会向上取整给我4096* 2Byte，诶？那我监视到的↑怎么还是4097啊！虽然在底层申请到的是4096*2，但不会多给你，这样也可能引起错误~

client.c

• 只需获取共享内存；不用删除

#include"comm.hpp"intmain(){
    key_t k =ftok(PATH_NAME, PROJ_ID);if(k <0){Log("create key failed", Error)<<"client key : "<< k << endl;exit(1);}Log("create key done", Debug)<<"client key : "<< k << endl;//获取共享内存int shmid =shmget(k, SHM_SIZE, IPC_CREAT);if(shmid <0){Log("create shm failed", Error)<<"client key : "<< k << endl;exit(2);}Log("attach shm success", Error)<<"client key : "<< k << endl;sleep(10);//挂接地址char* shmaddr =(char*)shmat(shmid,nullptr,0);if(shmaddr ==nullptr){Log("attach shm failed", Error)<<"client key : "<< k << endl;exit(3);}Log("attach shm success", Error)<<"client key : "<< k << endl;sleep(10);//使用//去关联int n =shmdt(shmaddr);assert(n !=-1);Log("datach shm success", Error)<<"client key : "<< k << endl;sleep(10);//你只管用，不需要删除共享内存return0;}

效果展示：
写一个命令行脚本来监视共享内存 ——

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

注意观察

nattch

这个参数的变化：0->1->2->1->0

上面的框架都搭建好了之后，接下来就是通信部分：
1️⃣客户端不断向共享内存写入数据：

//client将共享内存看成一个char类型的bufferchar a ='a';for(; a <='z'; a++){//每一次都想共享内存shmaddr的起始地址snprintf(shmaddr, SHM_SIZE -1,\
        "hello server, 我是其他进程, 我的pid: %d, inc: %c\n",\
        getpid(), a);sleep(2);}

2️⃣服务端不断读取共享内存当中的数据并输出：

//将共享内存当成一个大字符串for(;;){printf("%s\n", shmaddr);sleep(1);}

结果如下：

ps：我们发现即使我们没有向

server

端发消息，server也是不断的在读取信息的

💦共享内存与管道进行对比

共享内存是所有进程间通信方式中最快的一种通信方式。

将一个文件从一个进程传输到另一个进程需要进行四次拷贝操作：

我们再来看看共享内存通信：

键盘写入shm，另一端可以直接获取到，哪里还需要什么拷贝？最多两次拷贝（键盘输入一次，输出到外设一次）

💦共享内存归属谁

共享内存的区域是在OS内核？还是在用户空间？

• 用户空间！

其中文本、初始化数据区、未初始化数据区、堆、栈、环境变量、命令行参数、再 往上就是

1G

的OS内核，其中剩余

3G

都是用户自己支配的

用户空间：不用经过系统调用，直接进行访问！

• 所以双方进程如果要进行通信，直接进行内存级的读和写（减少了许多拷贝）

那为什么之前将的pipe和fifo都要通过read、write进行通信，为什么呢？

因为管道双方看到的资源都属于内核级的文件，我们无权直接进行访问，必须调用系统接口

💦共享内存的特征

• 共享内存的生命周期随内核
• 共享内存是所有进程中速度最快的，只需要经过页表映射，不需来回拷贝（不经过OS）
• 共享内存没有提供访问控制，读写双方根本不知道对方的存在，会带来并发问题

🌈消息队列（了解）

严重过时：接口与文件不对应

创建消息队列，与创建共享内存极其相似：

#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/msg.h>intmsgget(key_t key,int msgflg);

删除消息队列：

#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/msg.h>intmsgctl(int msqid,int cmd,structmsqid_ds*buf);

我们可以通过key找到同一个共享内存。

我们发现共享内存、消息队列、信号量的 ——

• 接口都类似
• 数据结构的第一个结构类型struct ipc_perm是完全一致的！

我们由

shmid

申请到的都是01234… 大胆推测，在内核中，所有的

ipc

资源都是通过数组组织起来的。可是描述它们的结构体类型并不相同啊？但是~ System V标准的IPC资源，xxxid_ds结构体的第一个成员都是

ipc_perm

都是一样的。

🌈信号量

简单认识一下信号量

多个执行流，互相运行的时候互相干扰，我们不加保护的访问了同样的资源（临界资源），在非临界区多个执行流互相是不影响的

信号量本质是一个计数器，类似

int count

，用来衡量临界资源中的资源数目（好比电影院里面的座位，我们需要买票进入）

1. 什么是临界资源？我们把多个进程（执行流）看到的公共资源 叫做临界资源
2. 什么是临界区？我们把自己的进程，访问临界资源的代码 —— 临界区
3. 什么是原子性？一件事儿，要么不做，要么就做完，没有中间态。
4. 什么是互斥？在任意一个时刻，只能允许一个执行流进入临界区

n--

：可能因为时序问题，而导致n有中间状态，导致数据不一致

• 这种操作是不安全的，如果一个n--操作只有一行汇编，该操作是原子的！！

做总结： 信号量计数器

• 申请信号量 -> 计数器 — -> P操作 -> 必须是原子的！
• 释放信号量 -> 计数器 — -> P操作 -> 必须是原子的!！

📢写在最后

应该是我写过最长的一篇博客了