kk Blog —— 通用基础


date [-d @int|str] [+%s|"+%F %T"]
netstat -ltunp

进程通信--消息队列

https://blog.csdn.net/lh2016rocky/article/details/70256844

消息队列提供了一种由一个进程向另一个进程发送块数据的方法。另外，每一个数据块被看作有一个类型，而接收进程可以独立接收具有不同类型的数据块。消息队列的好处在于我们几乎可以完全避免同步问题，并且可以通过发送消息屏蔽有名管道的问题。更好的是，我们可以使用某些紧急方式发送消息。坏处在于，与管道类似，在每一个数据块上有一个最大尺寸限制，同时在系统中所有消息队列上的块尺寸上也有一个最大尺寸限制。

尽管有这些限制，但是X/Open规范并没有定义这些限制的具体值，除了指出超过这些尺寸是某些消息队列功能失败的原因。Linux系统有两个定义，MSGMAX与MSGMNB，这分别定义单个消息与一个队列的最大尺寸。这些宏定义在其他系统上也许并不相同，甚至也许就不存在。

消息队列函数定义如下：

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#include <sys/msg.h>

int msgget(key_t key, int msgflg);
int msgrcv(int msqid, void *msg_ptr, size_t msg_sz, long int msgtype, int msgflg);
int msgsnd(int msqid, const void *msg_ptr, size_t msg_sz, int msgflg);
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

与信息号和共享内存一样，头文件sys/types.h与sys/ipc.h通常也是需要的。

msgget

我们可以使用msgget函数创建与访问一个消息队列：

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int msgget(key_t key, int msgflg);

与其他IPC工具类似，程序必须提供一个指定一个特定消息队列的key值。特殊值IPC_PRIVATE创建一个私有队列，这在理论上只可以为当前进程所访问。与信息量和共享内存一样，在某些Linux系统上，消息队列并不是私有的。因为私有队列用处较少，因而这并不是一个严重问题。与前面一样，第二个参数，msgflg，由9个权限标记组成。要创建一个新的消息队列，由IPC_CREAT特殊位必须与其他的权限位进行或操作。设置IPC_CREAT标记与指定一个已存在的消息队列并不是错误。如果消息队列已经存在，IPC_CREAT标记只是简单的被忽略。

如果成功，msgget函数会返回一个正数作为队列标识符，如果失败则会返回-1。

msgsnd

msgsnd函数允许我们将消息添加到消息队列：

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int msgsnd(int msqid, const void *msg_ptr, size_t msg_sz, int msgflg);

消息结构由两种方式来限定。第一，他必须小于系统限制，第二，必须以long int开始，这在接收函数中会用作一个消息类型。当我们在使用消息时，最好是以如下形式来定义我们的消息结构：

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struct my_message {
	long int message_type;
	/* The data you wish to transfer */
}

因为message_type用于消息接收，所以我们不能简单的忽略他。我们必须定义我们自己的数据结构来包含并对其进行初始化，从而他可以包含一个可知的值。

第一个参数，msgid，是由msgget函数所返回的消息队列标识符。

第二个参数，msg_ptr，是一个指向要发送消息的指针，正如前面所描述的，这个消息必须以long int类型开始。

第三个参数，msg_sz，是由msg_ptr所指向的消息的尺寸。这个尺寸必须不包含long int消息类型。

第四个参数，msgflg，控制如果当前消息队列已满或是达到了队列消息的系统限制时如何处理。如果msgflg标记设置了IPC_NOWAIT，函数就会立即返回而不发送消息，并且返回值为-1。如果msgflg标记清除了IPC_NOWAIT标记，发送进程就会被挂起，等待队列中有可用的空间。

如果成功，函数会返回0，如果失败，则会返回-1。如果调用成功，系统就会复制一份消息数据并将其放入消息队列中。

msgrcv

msgrcv函数由一个消息队列中收取消息：

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int msgrcv(int msqid, void *msg_ptr, size_t msg_sz, long int msgtype, int msgflg);

第一个参数，msqid，是由msgget函数所返回的消息队列标记符。

第二个参数，msg_ptr，是一个指向将要接收消息的指针，正如在msgsnd函数中所描述的，这个消息必须以long int类型开始。

第三个参数，msg_sz，是由msg_ptr所指向的消息的尺寸，并不包含long int消息类型。

第四个参数，msgtype，是一个long int类型，允许一个接收优先级形式的实现。如果msgtype的值为0，队列中第一个可用的消息就会被接收。如果其值大于0，具有相同消息类型的第一个消息就会被接收。如果其值小于0，第一个具有相同类型或是小于msgtype绝对值的消息就会被接收。

这听起来要比实际操作复杂得多。如果我们只是简单的希望以其发送的顺序来接收消息，我们可以将msgtype设置为0。如果我们希望接收特殊消息类型的消息，我们可以将msgtype设置为等于这个值。如果我们希望接收消息类型为n或是小于n的值，我们可以将msgtype设置为-n。

第五个参数，msgflg，控制当没有合适类型的消息正在等待被接收时如何处理。如果在msgflg中设置了IPC_NOWAIT位，调用就会立即返回，而返回值为-1。如果msgflg标记中消除了IPC_NOWAIT位，进程就会被挂起，等待一个合适类型的消息到来。

如果成功，msgrcv会返回放入接收缓冲区中的字节数，消息会被拷贝到由msg_ptr所指向的用户分配缓冲区中，而数据就会由消息队列中删除。如果失败则会返回-1。

msgctl

最后一个消息队列函数是msgctl，这与共享内存中的控制函数十分类似。

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int msgctl(int msqid, int command, struct msqid_ds *buf);

msqid_ds结构至少包含下列成员：

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struct msqid_ds {
	uid_t msg_perm.uid;
	uid_t msg_perm.gid
	mode_t msg_perm.mode;
}

第一个参数，msqid，是由msgget函数所返回的标记符。

第二个参数，command，是要执行的动作。他可以取下面三个值：

命令 描述
IPC_STAT 设置msqid_ds结构中的数据来反射与消息队列相关联的值。
IPC_SET 如果进程有权限这样做，这个命令会设置与msqid_ds数据结构中所提供的消息队列相关联的值。
IPC_RMID 删除消息队列。

msgrecv.c

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

#define MSG_KEY   3

struct my_msg_st
{
	long int my_msg_type;
	char some_text[BUFSIZ];
};

int main()
{
	int running = 1;
	int msgid;
	struct my_msg_st some_data;
	long int msg_to_receive = 0;
	msgid = msgget(MSG_KEY, 0666|IPC_CREAT);
	if (msgid == -1) {
		fprintf(stderr,"msgget failed with error: %d\n", errno);
		return -1;
	}
	while (running) {
		if (msgrcv(msgid, (void *)&some_data, BUFSIZ, msg_to_receive, 0) == -1) {
			fprintf(stderr, "msgrcv failed with errno: %d\n", errno);
			return -2;
		}
		printf("recvmsg: %s", some_data.some_text);
		if (strncmp(some_data.some_text, "end", 3) == 0)
			running = 0;
	}
	if (msgctl(msgid, IPC_RMID, 0) == -1) {
		fprintf(stderr, "msgctl(IPC_RMID) failed\n");
		return -3;
	}
	return 0;
}

msgsend.c

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

#define MAX_TEXT 512
#define MSG_KEY   3

struct my_msg_st
{
	long int my_msg_type;
	char some_text[MAX_TEXT];
};

int main()
{
	int running = 1;
	struct my_msg_st some_data;
	int msgid;
	char buffer[BUFSIZ];
	msgid = msgget(MSG_KEY, 0666|IPC_CREAT);
	if (msgid == -1) {
		fprintf(stderr,"msgget failed with errno: %d\n", errno);
		return -1;
	}
	while (running) {
		printf("Enter some text: ");
		fgets(buffer, BUFSIZ, stdin);
		printf("You wrote: %s", buffer);

		some_data.my_msg_type = 1;
		strcpy(some_data.some_text, buffer);
		if (msgsnd(msgid, (void *)&some_data, MAX_TEXT, 0) == -1) {
			fprintf(stderr, "msgsnd failed\n");
			return -2;
		}
		if (strncmp(some_data.some_text, "end", 3) == 0)
			running = 0;
	}
	if (msgctl(msgid, IPC_RMID, 0) == -1) {
		fprintf(stderr, "msgctl(IPC_RMID) failed\n");
		return -3;
	}
	return 0;
}

信号量内核源码

https://blog.csdn.net/u012603457/article/details/52971894

之前的一片博客介绍了用于Linux内核同步的自旋锁，即使用自旋锁来保护共享资源，今天介绍另外一种Linux内核同步机制——信号量。信号量在内核中的使用非常广泛，用于对各种共享资源的保护。信号量与自旋锁的实现机制是不一样的，用处也是不一样的。首先，自旋锁和信号量都使用了计数器来表示允许同时访问共享资源的最大进程数，但自旋锁的共享计数值是1，也就是说任意时刻只有一个进程在共享代码区运行；信号量却允许使用大于1的共享计数，即共享资源允许被多个不同的进程同时访问，当然，信号量的计数器也能设为1，这时信号量也称为互斥量。其次，自旋锁用于保护短时间能够完成操作的共享资源，使用期间不允许进程睡眠和进程切换；信号量常用于暂时无法获取的共享资源，如果获取失败则进程进入不可中断的睡眠状态，只能由释放资源的进程来唤醒。最后，自旋锁可以用于中断服务程序之中；信号量不能在中断服务程序中使用，因为中断服务程序是不允许进程睡眠的。关于信号量的基本知识已经讲解完毕，接下来看看信号量在内核里面的实现，本文讲解的内核版本是linux-2.6.24。

1 数据结构

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struct semaphore {
	atomic_t count;
	int sleepers;
	wait_queue_head_t wait;
};

信号量使用的数据结构是struct semaphore，包含三个数据成员：count是共享计数值、sleepers是等待当前信号量进入睡眠的进程个数、wait是当前信号量的等待队列。

2 信号量使用

使用信号量之前要进行初始化，其实只是简单的设置共享计数和等待队列，睡眠进程数一开始是0。本文重点讲解信号量的使用和实现。信号量操作的API：

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static inline void down(struct semaphore * sem)//获取信号量，获取失败则进入睡眠状态
static inline void up(struct semaphore * sem)//释放信号量，并唤醒等待队列中的第一个进程

信号量的使用方式如下：

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down(sem);
...临界区...
up(sem);

内核保证正在访问临界区的进程数小于或等于初始化的共享计数值，获取信号量失败的进程将进入不可中断的睡眠状态，在信号量的等待队列中进行等待。当进程释放信号量的时候就会唤醒等待队列中的第一个进程。

3 信号量的实现

3.1 down(sem)

首先看函数的定义：

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static inline void down(struct semaphore * sem)
{
	might_sleep();
	__asm__ __volatile__(
		"# atomic down operation\n\t"
		LOCK_PREFIX "decl %0\n\t"  /* --sem->count */
		"jns 2f\n"
		"\tlea %0,%%eax\n\t"
		"call __down_failed\n"
		"2:"
		:"+m" (sem->count)
		:
		:"memory","ax");
}

这里面包含了一些汇编代码，%0代表sem->count。也就是说先将sem->count减1，LOCK_PREFIX表示执行这条指令时将总线锁住，保证减1操作是原子的。减1之后如果大于或等于0就转到标号2处执行，也就跳过了down_failed函数直接到函数尾部并返回，成功获取信号量；否则减1之后sem->count小于0则顺序执行后面的down_failed函数。接下来看__down_failed函数的定义：

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ENTRY(__down_failed)
	CFI_STARTPROC
	FRAME
	pushl %edx
	CFI_ADJUST_CFA_OFFSET 4
	CFI_REL_OFFSET edx,0
	pushl %ecx
	CFI_ADJUST_CFA_OFFSET 4
	CFI_REL_OFFSET ecx,0
	call __down
	popl %ecx
	CFI_ADJUST_CFA_OFFSET -4
	CFI_RESTORE ecx
	popl %edx
	CFI_ADJUST_CFA_OFFSET -4
	CFI_RESTORE edx
	ENDFRAME
	ret
	CFI_ENDPROC
	END(__down_failed)

pushl和popl是用于保存和恢复寄存器的，CFI前缀的指令用于指令对齐调整。重点在函数__down,下面来看该函数的定义：

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fastcall void __sched __down(struct semaphore * sem)
{
	struct task_struct *tsk = current;
	DECLARE_WAITQUEUE(wait, tsk);
	unsigned long flags;

	tsk->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE;
	spin_lock_irqsave(&sem->wait.lock, flags);
	add_wait_queue_exclusive_locked(&sem->wait, &wait);

	sem->sleepers++;
	for (;;) {
		int sleepers = sem->sleepers;

		/*
		 * Add "everybody else" into it. They aren't
		 * playing, because we own the spinlock in
		 * the wait_queue_head.
		 */
		if (!atomic_add_negative(sleepers - 1, &sem->count)) {
			sem->sleepers = 0;
			break;
		}
		sem->sleepers = 1;  /* us - see -1 above */
		spin_unlock_irqrestore(&sem->wait.lock, flags);

		schedule();

		spin_lock_irqsave(&sem->wait.lock, flags);
		tsk->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE;
	}
	remove_wait_queue_locked(&sem->wait, &wait);
	wake_up_locked(&sem->wait);
	spin_unlock_irqrestore(&sem->wait.lock, flags);
	tsk->state = TASK_RUNNING;
}

fastcall表示一种快速调用方式，函数的前两个参数由寄存器ecx和edx来传递，其余参数仍使用堆栈传递。首先将进程设为不可中断睡眠状态，即不能通过信号来唤醒，只能是内核亲自唤醒。同时将进程的TASK_EXCLUSIVE标志设为1，则wake_up()只会唤醒等待队列中的第一个进程。然后将睡眠等待数加1，之后进入for循环。函数atomic_add_negative(sleepers - 1, &sem->count)将相当于sem->count += sleepers-1，然后返回sem->count，通过该函数进行信号量获取情况测试，返回结果为0则获取资源，小于0则没有获取。这段代码使用sleepers和sem->count共同表示当前资源的使用情况。进入for循环后有两种情况，一种是atomic_add_negative执行结果为0，即获取了信号量，此时将sleepers设为0并退出循环，同时唤醒等待队列的第一个进程进行信号量获取测试；另一种是没有获取信号量，将sleepers设为1并运行schedule()进入睡眠，被唤醒之后继续执行for循环进行信号量获取测试。

注意，运行完执行一遍for指令后sleepers的值有两种结果，一种是0，一种是1。如果0则表示有一个进程通过了信号量获取的测试，则atomic_add_negative(sleepers - 1, &sem->count)实际上是将sem->count执行了减1操作，这个操作会在下一个进程进行信号量获取测试的时候执行。如果是1则表示进程没有通过信号领获取的测试，则atomic_add_negative(sleepers - 1, &sem->count)操作不会影响sem->count的值。也就是说，当进程进入__down时，sleepers只会有两个值，一个是0，一个是1。0表示之前的进程获取了信号量，1表示之前的进程没有获取信号量。如果之前进程获取了信号量，执行atomic_add_negative(sleepers - 1, &sem->count)时就会将sem->count的值减1；否则sem->count的值将保持不变。但是这个减1操作延迟到了下一个进程的执行期间，考虑到获取信号量之后进程会唤醒等待队列里的第一个进程，这个减1操作应该会很快就得到执行。

细心地小伙伴可能会注意到，首次获取信号量失败的进程不是会执行sem->sleepers++操作吗，这样不就改变了sem->count的值了吗？仔细回想获取信号量的过程，获取失败的时候会执行sem->count–操作的，因此刚好和sem->sleeper++相互呼应，结果就是不会改变sem->count的结果。即只有进程获取信号量后才会对sem->count进行减1操作，这个操作并不是马上执行，而是后续进程进行信号量获取检测的时候进行的

3.2 up(sem)

先看函数定义：

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static inline void up(struct semaphore * sem)
{
	__asm__ __volatile__(
		"# atomic up operation\n\t"
		LOCK_PREFIX "incl %0\n\t"  /* ++sem->count */
		"jg 1f\n\t"
		"lea %0,%%eax\n\t"
		"call __up_wakeup\n"
		"1:"
		:"+m" (sem->count)
		:
		:"memory","ax");
}

首先将sem->count加1，是原子操作，如果加1后sem->count大于0则说明没有进程在等待信号量资源，无须唤醒队列中进程，直接跳转到标号1处返回；否则运行__up_wakeup唤醒等待队列中的进程。

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ENTRY(__up_wakeup)
	CFI_STARTPROC
	FRAME
	pushl %edx
	CFI_ADJUST_CFA_OFFSET 4
	CFI_REL_OFFSET edx,0
	pushl %ecx
	CFI_ADJUST_CFA_OFFSET 4
	CFI_REL_OFFSET ecx,0
	call __up
	popl %ecx
	CFI_ADJUST_CFA_OFFSET -4
	CFI_RESTORE ecx
	popl %edx
	CFI_ADJUST_CFA_OFFSET -4
	CFI_RESTORE edx
	ENDFRAME
	ret
	CFI_ENDPROC
	END(__up_wakeup)

同样，我们只关注函数__up的定义：

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fastcall void __up(struct semaphore *sem)
{
	wake_up(&sem->wait);
}

可以看到，__up的的工作就是唤醒等待队列中的所有进程，但是由于sem等待队列中的进程 的TASK_EXCLUSIVE标志为 1，因此不会唤醒后续进程了。也就是说up(sem)操作实际上是将sem->count自增1，然后唤醒等待队列中的第一个进程(如果有的话)。 4 小结 信号量作为一种基础的内核同步机制，使用非常广泛。本文基于linux-2.6.24内核版本介绍了信号量使用的数据结构和实现机制，同时介绍了信号量与自旋锁的区别。

进程通信--命令行ipcs,ipcrm

内核的 shmall 和 shmmax 参数

/proc/sys/kernel/

shmmax = 配置了最大的内存segment的大小

shmmin = 最小的内存segment的大小

shmmni = 整个系统的内存segment的总个数

shmseg = 每个进程可以使用的内存segment的最大个数

https://www.jb51.net/article/40805.htm

ipcs用法

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ipcs -a  是默认的输出信息 打印出当前系统中所有的进程间通信方式的信息
ipcs -m  打印出使用共享内存进行进程间通信的信息
ipcs -q  打印出使用消息队列进行进程间通信的信息
ipcs -s  打印出使用信号进行进程间通信的信息

输出格式的控制

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ipcs -t  输出信息的详细变化时间
ipcs -p  输出ipc方式的进程ID
ipcs -c  输出ipc方式的创建者/拥有者
ipcs -c  输出ipc各种方式的在该系统下的限制条件信息
ipcs -u  输出当前系统下ipc各种方式的状态信息(共享内存，消息队列，信号)

ipcrm 命令

移除一个消息对象。或者共享内存段，或者一个信号集，同时会将与ipc对象相关链的数据也一起移除。当然，只有超级管理员，或者ipc对象的创建者才有这项权利啦

ipcrm用法

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ipcrm -M shmkey   移除用shmkey创建的共享内存段
ipcrm -m shmid    移除用shmid标识的共享内存段
ipcrm -Q msgkey   移除用msqkey创建的消息队列
ipcrm -q msqid    移除用msqid标识的消息队列
ipcrm -S semkey   移除用semkey创建的信号
ipcrm -s semid    移除用semid标识的信号

进程通信--信号量

https://blog.csdn.net/guoping16/article/details/6584043/

https://www.cnblogs.com/fangshenghui/p/4039946.html

一 为什么要使用信号量

为了防止出现因多个程序同时访问一个共享资源而引发的一系列问题，我们需要一种方法，它可以通过生成并使用令牌来授权，在任一时刻只能有一个执行线程访问 代码的临界区域。临界区域是指执行数据更新的代码需要独占式地执行。而信号量就可以提供这样的一种访问机制，让一个临界区同一时间只有一个线程在访问它， 也就是说信号量是用来调协进程对共享资源的访问的。其中共享内存的使用就要用到信号量。

二 信号量的工作原理

由于信号量只能进行两种操作等待和发送信号，即P(sv)和V(sv),他们的行为是这样的：

P(sv)：如果sv的值大于零，就给它减1；如果它的值为零，就挂起该进程的执行

V(sv)：如果有其他进程因等待sv而被挂起，就让它恢复运行，如果没有进程因等待sv而挂起，就给它加1.

三 信号量的使用

1、创建信号量

semget函数创建一个信号量集或访问一个已存在的信号量集。

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#include <sys/sem.h>
int semget (key_t key, int nsem, int oflag);

返回值是一个称为信号量标识符的整数，semop和semctl函数将使用它。

参数nsem指定集合中的信号量数。（若用于访问一个已存在的集合，那就可以把该参数指定为0）

参数oflag可以是SEM_R(read)和SEM_A(alter)常值的组合。（打开时用到），也可以是IPC_CREAT或IPC_EXCL;

2、打开信号量

使用semget打开一个信号量集后，对其中一个或多个信号量的操作就使用semop(op–operate)函数来执行。

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#include <sys/sem.h>
int semop (int semid, struct sembuf * opsptr, size_t nops);

参数opsptr是一个指针，它指向一个信号量操作数组，信号量操作由sembuf结构表示：

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struct sembuf {
	short sem_num;    // 除非使用一组信号量，否则它为0
	short sem_op; // 信号量在一次操作中需要改变的数据，通常是两个数，
			// 一个是-1，即P（等待）操作，一个是+1，即V（发送信号）操作
	short sem_flg;    // 通常为SEM_UNDO,使操作系统跟踪信号，并在进程没有释放该信号量而终止时，
			// 操作系统释放信号量
};

参数nops规定opsptr数组中元素个数。

sem_op值： （1）若sem_op为正，这对应于进程释放占用的资源数。sem_op值加到信号量的值上。（V操作）
（2）若sem_op为负,这表示要获取该信号量控制的资源数。信号量值减去sem_op的绝对值。（P操作）
（3）若sem_op为0,这表示调用进程希望等待到该信号量值变成0

如果信号量值小于sem_op的绝对值（资源不能满足要求），则：
（1）若指定了IPC_NOWAIT，则semop()出错返回EAGAIN。
（2）若未指定IPC_NOWAIT，则信号量的semncnt值加1（因为调用进程将进 入休眠状态），然后调用进程被挂起直至：①此信号量变成大于或等于sem_op的绝对值；②从系统中删除了此信号量，返回EIDRM；③进程捕捉到一个信 号，并从信号处理程序返回，返回EINTR。（与消息队列的阻塞处理方式 很相似）

3、信号量是操作

semctl函数对一个信号量执行各种控制操作。

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#include <sys/sem.h>
int semctl (int semid, int semnum, int cmd, union semun arg);
参数semid 信号量集标识符
参数semnum 信号量集数组上的下标，表示某一个信号量
参数cmd指定以下10种命令中的一种,在semid指定的信号量集合上执行此命令。
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IPC_STAT    读取一个信号量集的数据结构semid_ds，并将其存储在semun中的buf参数中。
IPC_SET     设置信号量集的数据结构semid_ds中的元素ipc_perm，其值取自semun中的buf参数。
IPC_RMID    将信号量集从内存中删除。
GETALL      用于读取信号量集中的所有信号量的值。
GETNCNT     返回正在等待资源的进程数目。
GETPID      返回最后一个执行semop操作的进程的PID。
GETVAL      返回信号量集中的一个单个的信号量的值。
GETZCNT     返回这在等待完全空闲的资源的进程数目。
SETALL      设置信号量集中的所有的信号量的值。
SETVAL      设置信号量集中的一个单独的信号量的值。
参数 arg
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union semun {
	short val;             /* SETVAL用的值 */
	struct semid_ds* buf;  /* IPC_STAT、IPC_SET用的semid_ds结构 */
	unsigned short* array; /* SETALL、GETALL用的数组值 */
	struct seminfo *buf;   /* 为控制IPC_INFO提供的缓存 */
} arg;

四 信号量值的初始化

semget并不初始化各个信号量的值，这个初始化必须通过以SETVAL命令(设置集合中的一个值)或SETALL命令(设置集合中的所有值) 调用semctl来完成。

SystemV信号量的设计中，创建一个信号量集并将它初始化需两次函数调用是一个致命的缺陷。一个不完备的解决方案是：在调用semget时指定IPC_CREAT | IPC_EXCL标志，这样只有一个进程（首先调用semget的那个进程）创建所需信号量，该进程随后初始化该信号量。

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#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

#define MAX_SEMAPHORE 10
#define SEMKEY    1

union semun {
	int val;
	struct semid_ds *buf;
	unsigned short *array;
	struct seminfo *_buf;
} arg;

int main()
{
	key_t key;
	int semid ,ret, i;
	unsigned short buf[MAX_SEMAPHORE];
	struct sembuf sb[MAX_SEMAPHORE];
	pid_t pid;

	semid = semget(SEMKEY, MAX_SEMAPHORE, IPC_CREAT|0666);
	if (semid == -1) {
		fprintf(stderr, "Error in semget: %s\n", strerror(errno));
		return -1;
	}
	printf("Semaphore get, ID is: %d\n",semid);

	for (i = 0; i < MAX_SEMAPHORE; i++)
		buf[i] = 0;

	arg.array = buf;
	ret = semctl(semid, 0, SETALL, arg);
	if (ret == -1) {
		fprintf(stderr, "Error in semctl: %s\n", strerror(errno));
		return -2;
	}
	printf("Semaphore Init!\n");

	pid = fork();
	if (pid < 0) {
		fprintf(stderr, "Create Process Error!: %s\n",strerror(errno));
		return -3;
	}

	if (pid == 0) {
		sleep(5);
		// 子进程产生信号
		printf("  child wake up.\n");
		for (i = 0; i < MAX_SEMAPHORE; i ++) {
			sb[i].sem_num = i;
			sb[i].sem_op = +1;
			sb[i].sem_flg = 0;
		}

		printf("  child start to inc resource.\n");
		ret = semop(semid, sb, 10);
		if (ret == -1) {
			fprintf(stderr, "子进程产生信号失败: %s\n", strerror(errno));
			exit(-1);
		}
		printf("  child exiting successfully.\n");
		exit(0);
	}

	printf("parent wake up....\n");
	// 此时父进程的阻塞，因为初始化为0
	for (i = 0; i < MAX_SEMAPHORE; i++) {
		sb[i].sem_num = i;
		sb[i].sem_op = -1;
		sb[i].sem_flg = 0;
	}
	printf("parent is asking for resource...\n");
	ret = semop(semid, sb, 10); //p()
	if (ret == 0) {
		printf("parent got the resource!\n");
	}

	// 父进程等待子进程退出
	waitpid(pid, NULL, 0);

	ret = semctl(semid, 0, IPC_RMID);
	if (ret == -1) {
		fprintf(stderr, "semaphore删除失败: %s\n", strerror(errno));
		return -4;
	}

	printf("parent exiting.\n");
	return 0;
}

进程通信--共享内存

https://blog.csdn.net/xy913741894/article/details/72571260

https://www.cnblogs.com/fangshenghui/p/4039720.html

1. 共享内存，存在于每个进程的进程地址空间中，通过页表+MMU机制映射为同一块物理内存，因此，它属于每个进程，由于它并不需要系统调用干预和数据复制，它的效率是非常高的，它比我们所学的几种IPC机制（信号量，管道，消息队列）都要快。

2. 既然它性能最好，为什么还需要有其他的IPC机制？直接用它不就好了吗？它虽然很快，但是它不提供同步互斥机制，这样子一来就需要我们程序员来提供，带来了编程的难度。

Linux下相关函数

1、shmget函数

该函数用来创建共享内存，它的原型为：

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int shmget(key_ t key, size_t size, int shmflg);

第一个参数，与信号量的semget函数一样，程序需要提供一个参数key（非0整数），它有效地为共享内存段命名，shmget函数成功时返回一个与key相关的共享内存标识符（非负整数），用于后续的共享内存函数。调用失败返回-1.

第二个参数，size以字节为单位指定需要共享的内存容量

第三个参数，shmflg是权限标志，它的作用与open函数的mode参数一样，如果要想在key标识的共享内存不存在时，创建它的话，可以与IPC_CREAT做或操作。共享内存的权限标志与文件的读写权限一样，举例来说，0644,它表示允许一个进程创建的共享内存被内存创建者所拥有的进程向共享内存读取和写入数据，同时其他用户创建的进程只能读取共享内存。

2、shmat函数

第一次创建完共享内存时，它还不能被任何进程访问，shmat函数的作用就是用来启动对该共享内存的访问，并把共享内存连接到当前进程的地址空间。它的原型如下：

1

void *shmat(int shm_id, const void *shm_addr, int shmflg);

第一个参数，shm_id是由shmget函数返回的共享内存标识。

第二个参数，shm_addr指定共享内存连接到当前进程中的地址位置，通常为空，表示让系统来选择共享内存的地址。

第三个参数，shm_flg是一组标志位，通常为0。

3、shmdt函数

该函数用于将共享内存从当前进程中分离。注意，将共享内存分离并不是删除它，只是使该共享内存对当前进程不再可用。它的原型如下：

1

int shmdt(const void *shmaddr);

参数shmaddr是shmat函数返回的地址指针，调用成功时返回0，失败时返回-1.

4、shmctl函数

与信号量的semctl函数一样，用来控制共享内存，它的原型如下：

1

int shmctl(int shm_id, int command, struct shmid_ds *buf);

第一个参数，shm_id是shmget函数返回的共享内存标识符。

第二个参数，command是要采取的操作，它可以取下面的三个值 ：

IPC_STAT：把shmid_ds结构中的数据设置为共享内存的当前关联值，即用共享内存的当前关联值覆盖shmid_ds的值。
IPC_SET： 如果进程有足够的权限，就把共享内存的当前关联值设置为shmid_ds结构中给出的值
IPC_RMID：删除共享内存段

第三个参数，buf是一个结构指针，它指向共享内存模式和访问权限的结构。

简单互斥机制的样例

确定两个线程的可以用，更多线程需要信号量或互斥锁

shmread.c

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#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/shm.h>

#define TEXT_SZ 2048
struct shared_use_st {
	int written;/* 作为一个标志，非0：表示可读，0表示可写 */
	char text[TEXT_SZ];/* 记录写入和读取的文本 */
};

#define MEM_KEY (1234)

int main()
{
	int running = 1; //程序是否继续运行的标志
	void *shm = NULL; //分配的共享内存的原始首地址
	struct shared_use_st *shared;//指向shm
	int shmid; //共享内存标识符
	//创建共享内存
	shmid = shmget((key_t)MEM_KEY, sizeof(struct shared_use_st), 0666|IPC_CREAT);
	if (shmid == -1) {
		fprintf(stderr,"shmget failed\n");
		return -1;
	}
	//将共享内存连接到当前进程的地址空间
	shm = shmat(shmid, 0, 0);
	if (shm == (void*)-1) {
		fprintf(stderr,"shmat failed\n");
		return -2;
	}
	printf("\nMemory attached at shmid=%d shm=%p\n", shmid, shm);
	//设置共享内存
	shared = (struct shared_use_st*)shm;
	shared->written = 0;
	//读取共享内存中的数据
	while (running) {
		//没有进程向共享内存定数据有数据可读取
		while (shared->written == 0) {
			sleep(1); //有其他进程在写数据，不能读取数据
		}
		printf("You wrote: %s", shared->text);
		sleep(rand() % 3);
		//输入了end，退出循环（程序）
		if (strncmp(shared->text, "end", 3) == 0)
			running = 0;
		//读取完数据，设置written使共享内存段可写
		shared->written = 0;
	}
	//把共享内存从当前进程中分离
	if (shmdt(shm) == -1) {
		fprintf(stderr,"shmdt failed\n");
		return -3;
	}
	//删除共享内存
	if (shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) == -1) {
		fprintf(stderr,"shmctl(IPC_RMID) failed\n");
		return -4;
	}
	return 0;
}

shmwrite.c

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#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/shm.h>

#define TEXT_SZ 2048
struct shared_use_st {
	int written;/* 作为一个标志，非0：表示可读，0表示可写 */
	char text[TEXT_SZ];/* 记录写入和读取的文本 */
};

#define MEM_KEY (1234)

int main()
{
	int running = 1;
	void *shm = NULL;
	struct shared_use_st *shared = NULL;
	char buffer[BUFSIZ +1];//用于保存输入的文本
	int shmid;
	//创建共享内存
	shmid = shmget((key_t)MEM_KEY, sizeof(struct shared_use_st), 0666|IPC_CREAT);
	if (shmid == -1) {
		fprintf(stderr,"shmget failed\n");
		return -1;
	}
	//将共享内存连接到当前进程的地址空间
	shm = shmat(shmid, (void*)0, 0);
	if (shm == (void*)-1) {
		fprintf(stderr,"shmat failed\n");
		return -2;
	}
	printf("Memory attached at shmid=%d shm=%p\n", shmid, shm);
	//设置共享内存
	shared = (struct shared_use_st*)shm;
	//向共享内存中写数据
	while (running) {
		//数据还没有被读取，则等待数据被读取,不能向共享内存中写入文本
		while (shared->written == 1) {
			sleep(1);
			printf("Waiting...\n");
		}
		//向共享内存中写入数据
		printf("Enter some text: ");
		fgets(buffer, BUFSIZ, stdin);
		strncpy(shared->text, buffer, TEXT_SZ);
		//写完数据，设置written使共享内存段可读
		shared->written = 1;
		//输入了end，退出循环（程序）
		if (strncmp(buffer, "end", 3) == 0)
			running = 0;
	}
	//把共享内存从当前进程中分离
	if (shmdt(shm) == -1) {
		fprintf(stderr,"shmdt failed\n");
		return -3;
	}
	return 0;
}