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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
- 父进程创建管道，对同一文件分别以读&写方式打开
父进程
fork创建子进程
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> int pipe(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> int close(int fd); #include <stdlib.h> void exit(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> using namespace std; int main() { //1.创建管道 int pipefd[2] = {0}; int n = pipe(pipefd); //失败返回-1 assert(n != -1); //只在debug下有效 (void)n; //仅此证明n被使用过 #ifdef DEBUG 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]); return 0; } 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, const void *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> unsigned int sleep(unsigned int 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> using namespace std; int main() { //1.创建管道 int pipefd[2] = {0}; int n = pipe(pipefd); //失败返回-1 assert(n != -1); //只在debug下有效 (void)n; //仅此证明n被使用过 #ifdef DEBUG 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sleep sleep(1); } pid_t ret = waitpid(id, nullptr, 0); assert(ret != -1); (void)ret; return 0; } 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> using namespace std; int main() { //1.创建管道 int pipefd[2] = {0}; int n = pipe(pipefd); //失败返回-1 assert(n != -1); //只在debug下有效 (void)n; //仅此证明n被使用过 #ifdef DEBUG 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; } else if (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sleep sleep(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; return 0; } 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> int main() { int fd[2] = { 0 }; if (pipe(fd) < 0){ //使用pipe创建匿名管道 perror("pipe"); return 1; } 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 //子进程向管道写入数据 const char* 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); } //father close(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 return 0; } 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 ——
- 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
- 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
- 管道具有通过让进程间协同，提供了访问控制！
- 管道是 面向字节流 —— 协议（后面详谈）
- 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> int main() { int fd[2] = { 0 }; if (pipe(fd) < 0){ //使用pipe创建匿名管道 perror("pipe"); return 1; } 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); } //father close(fd[1]); //父进程关闭写端 //父进程不进行读取 waitpid(id, NULL, 0); close(fd[0]); return 0; } 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> int mkfifo(const char *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> using namespace std; #define MODE 0666 #define SIZE 128 string ipcPath = "./fifo.ipc"; #endif server.c
- 创建命名管道
- 读信息，并实现相应业务逻辑
#include "comm.hpp" int main() { //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; } else if(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 return 0; } 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" int main() { //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); return 0; } 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> static void getMessage(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; } else if(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; } } } int main() { //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; return 0; } 🌍 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 ——
- 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
- 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
- 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> int shmget(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(const char *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> int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_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, const void *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 ——
int shmdt(const void *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
#pragma one #include <iostream> #include <cstdio> #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> #include "log.hpp" using namespace std;//不推荐 #define PATH_NAME "/home/ljj" #define PROJ_ID 0x66 server.c
创建公共的
key值创建共享内存 - 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);
将指定的共享内存，挂接到自己的地址空间上
将指定的共享内存，从自己的地址空间去关联
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; } int main() { //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; return 0; } 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" int main() { 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 return 0; } 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buffer char 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> int msgget(key_t key, int msgflg); 删除消息队列：
#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h> int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_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）
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
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
什么是原子性？
一件事儿，要么不做，要么就做完，没有中间态。
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
