Linux篇：进程间通信
一、进程间通信原理：
1、通信是有成本的：两个或者多个进程，实现数据层面的交互，因为进程独立性的存在，导致进程通信的成本比较高。
2、进程间通信的方式：
①基本数据
②发送命令
③某种协同
④通知
......
3、进程间通信的本质：必须让不同的进程，看到同一份资源——特定形式的内存空间。这个“资源”一般是操作系统提供（第三方空间）（为什么不是我们两个进程中的一个呢？因为这样会破坏进程独立性）。进程访问这个空间进行通信，本身就是访问操作系统！而进程代表的就是用户。“资源”从创建，使用（一般）到释放，都要使用系统调用接口。所以从底层设计，从接口设计，都要从操作系统独立设计。
4、一般操作系统会有一个独立的通信模块，它隶属于文件系统，称为IPC通信模块。进程间通信是有标准的——system V ＆＆possix。
5、基于文件级别的通信方式——管道。
二、（匿名）管道（本质是文件）：让不同的进程，看到同一份资源。
1. 原理：
· 父进程fork创建出子进程，子进程会拷贝父进程的文件描述符表，此时，父进程与子进程都会有相应的读写端指向同一个文件。此时根据要求关闭父进程与子进程相应的读写端，来形成单向通信的信道。
· 同一个文件是内存级的，每个文件都存在自己的缓冲区，如果双方想向自己的缓冲区中写入，子进程就可以通过缓冲区读取，实现进程间通信。正因为其只能进行单向通信，故称其为管道。
· 若进行双向通信用多个管道即可。
· 必须有血缘关系的进程才能通信，常用于父子关系，兄弟关系和爷孙关系也可。
· 管道是有固定大小的，在不同内核里，大小可能有差别。
2、接口：
输出型参数：将文件的文件描述符数字带出来，让用户使用。
pipefd[0]：读下标。
pipefd[1]：写下标。
//testPipe.cc
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <string>
#include <cstring>
#include <cstdlib> // stdlib.h
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#define N 2
#define NUM 1024
using namespace std;
//child:用户级缓冲区拷贝到文件级缓冲区
void Writer(int wfd)
{
string s = "hello, I am child";
pid_t self = getpid();
int number = 0;
char buffer[NUM];
while(true)
{
//构建发送字符串
buffer[0] = 0;//字符串清空，只是为了提醒阅读代码的人，我把这个数组当做字符串了
snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%s-%d-%d", s.c_str(), self, number++);//int snprintf(char* str, size_t size, const char *format, ...);
cout << buffer << endl;
//发送/写入给父进程,system call
write(wfd, buffer, strlen(buffer));//ssize_t write(int fd, const void * buf, size_t count);//向文件写入不需要+1
sleep(1);
}
}
//father:内核级缓冲区拷贝到应用层缓冲区
void Reader(int rfd)
{
char buffer[NUM];
while(true)
{
buffer[0] = 0;
//system call
ssize_t n = read(rfd, buffer, sizeof(buffer));//ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);//sizeof != strlen, 代表buffer缓冲区大小
if(n > 0)
{
buffer[n] = 0;// 0 == '\0'
cout << "father get a message[" << getpid() << "]#" << buffer << endl;
}
//TODO
}
}
int main()
{
int pipefd[N] = {0};
int n = pipe(pipefd);
if(n < 0) return 1;
//cout << "pipefd[0]:" << pipefd[0] << " , pipefd[1]: " << pipefd[1] << endl;
//child -> w, father -> r
pid_t id = fork();
if(id < 0) return 2;
if(id == 0)
{
//child
close(pipefd[0]);
//IPC code
Writer(pipefd[1]);
close(pipefd[1]);
exit(0);
}
//father
close(pipefd[1]);
//IPC code
Reader(pipefd[0]);
pid_t rid = waitpid(id, nullptr, 0);
if(rid < 0) return 3;
close(pipefd[0]);
return 0;
}//Makefile
testPipe:testPipe.cc
g++ $^ -o $@ -std=c++11
.PHONY:clean
clean:
rm -f testPipe3、编码实现：
管道的五大特征：
①具有血缘关系的进程进行进程间通信。
②管道只能单向通信。
③多执行流共享的难免出现访问冲突的问题。临界资源竞争的问题。所以父子进程是会进程协同，同步与互斥，保护管道文件的数据安全。
④管道是面向字节流的
⑤那是基于文件的，而对象的生命周期是随进程的
管道四种的情况：
①读写端正常管道，如果为空，读端就要堵塞
②读写端正常，管道如果被写满，写端就要阻塞
③读端正常读写端关闭，读端就会读到零，表明读到的文件（pipe）结尾不会被阻塞。
④写端是正常写入，读端关闭了。操作系统就要通过信号杀掉正在写入的进程。转为③（所以子进程写入父进程读取）（操作系统是不会做低效浪费等类似的工作的，如果做了，就是操作系统的bug）。
4、管道的应用场景：
①自定义shell：指令的判断
a.分析输入的命令行字符串，获取有多少个｜命令，打散多个子命令字符串。
b.malloc申请空间，pipe先申请多个管道。
c.循环创建多个子进程，每一个子进程的重定向情况。最开始：输出重定向，1->指定的一个管道的写端。中间：输入输出重定向，0标准输入重定向到上一个管道的读端，标准输出重定向到下一个管道的写端。最后一个：将输入重定向将标准输入重定向到最后一个管道的读端。
d.分别让不同的子进程执行不同的命令---exec*（exec*不会影响该进程曾经打开的文件，不会影响预先设置好的管道重定向）。
②简易版本的进程池：降低系统调用和成本。
ProcessPool.cc
#include "Task.hpp"
#include <string>
#include <vector>
#include <cstdlib>
#include <cassert>
#include <ctime>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/stat.h>
const int processnum = 10;
//void LoadTask(std::vector<task_t> *tasks);
std::vector<task_t> tasks;
// 先描述
class channel
{
public:
channel(int cmdfd, pid_t slaverid, const std::string &processname)
:_cmdfd(cmdfd), _slaverid(slaverid), _processname(processname)
{}
public:
int _cmdfd; // 发送任务的文件描述符
pid_t _slaverid; // 子进程PID
std::string _processname;// 子进程的名字————方便我们打印日志
};
void slaver()
{
// read(0)
while(true)
{
int cmdcode = 0;
int n = read(0, &cmdcode, sizeof(int)); // 如果父进程不给子进程发送数据呢？阻塞等待！
if(n == sizeof(int))
{
//执行cmdcode对应的任务列表
std::cout << "slaver say@ get a command: " << getpid() << " : cmdcode: " << cmdcode << std::endl;
if(cmdcode >= 0 && cmdcode < tasks.size()) tasks[cmdcode]();
}
if(n == 0) break;
}
}
//编码规范：
//输入： const &
//输出： *
//输入输出：&
void InitProcessPool(std::vector<channel> *channels)
{
// version 2 : 确保每一个子进程都只有一个写端
std::vector<int> oldfds;
for(int i =0; i < processnum; i++)
{
int pipefd[2]; // 临时空间
int n = pipe(pipefd);
assert(!n);
(void)n;
pid_t id = fork();
if(id == 0) // child
{
std::cout << " child: " << getpid() << " close history fd: ";
for(auto fd : oldfds) {
std::cout << fd << " ";
close(fd);
}
std::cout << "\n";
close(pipefd[1]);
dup2(pipefd[0], 0);
close(pipefd[0]);
slaver();
std::cout << "process : " << getpid() << "quit" << std::endl;
// slaver(pipefd[0]);
exit(0);
}
// father
close(pipefd[0]);
// 添加channel字段了
std::string name = "process-" + std::to_string(i);
channels->push_back(channel(pipefd[1], id, name));
oldfds.push_back(pipefd[1]);
sleep(1);
}
}
void Debug(const std::vector<channel> &channels)
{
// test
for(const auto &c : channels)
{
std::cout << c._cmdfd << " " << c._slaverid << " " << c._processname << std::endl;
}
}
void Menu()
{
std::cout << "#####################################" << std::endl;
std::cout << "##### 1、刷新日志 2、刷新野怪 #######" << std::endl;
std::cout << "##3、检测软件是否更新 4、更新血量蓝量##" << std::endl;
std::cout << "############## 0、退出 ###############" << std::endl;
std::cout << "#####################################" << std::endl;
}
void ctrlSlaver(const std::vector<channel> &channels)
{
int which = 0;
//int cnt = 5;
while(true)
{
int select = 0;
Menu();
std::cout << "Please Enter@ ";
std::cin >> select;
if(select <= 0 || select >= 5) break;
//1、选择任务
//int cmdcode = rand()%tasks.size();
int cmdcode = select - 1;
//2、选择进程:负载均衡(随机数，轮转)
//int processpos = rand()%channels.size();
std::cout << " father say: " << " cmdcode: " << cmdcode << " already sendto " << channels[which]._slaverid << " process name: " << channels[which]._processname << std::endl;
//3、发送任务
write(channels[which]._cmdfd, &cmdcode, sizeof(cmdcode));
which++;
which %= channels.size();
//cnt--;
//sleep(1);
}
}
void QuitProcess(const std::vector<channel> &channels)
{
// version1
int last = channels.size()-1;
for(int i = last; i >= 0; i--)
{
close(channels[i]._cmdfd);
waitpid(channels[i]._slaverid, nullptr, 0);
}
// for(const auto &c : channels) close(c._cmdfd);
// //sleep(5);
// for(const auto &c : channels) waitpid(c._slaverid, nullptr, 0);
// //sleep(5);
}
int main()
{
LoadTask(&tasks);
srand(time(nullptr)^getpid()^1023); // 种一颗随机数种子
// 再组织
std::vector<channel> channels;
// 1、初始化
InitProcessPool(&channels);
Debug(channels);
// 2、开始控制子进程
ctrlSlaver(channels);
// 3、清理收尾
QuitProcess(channels);
return 0;
}//Task.hpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <vector>
typedef void (*task_t)();
void task1()
{
std::cout << "lol 刷新日志" << std::endl;
}
void task2()
{
std::cout << "lol 更新野区，刷新出来野怪" << std::endl;
}
void task3()
{
std::cout << "lol 检测软件是否更新，如果需要，就提示用户" << std::endl;
}
void task4()
{
std::cout << "lol 用户释放技能，更新血量蓝量" << std::endl;
}
void LoadTask(std::vector<task_t> *tasks)
{
tasks->push_back(task1);
tasks->push_back(task2);
tasks->push_back(task3);
tasks->push_back(task4);
}##Makefile
ProcessPool:ProcessPool.cc
g++ $^ -o $@ -std=c++11
.PHONY:clean
clean:
rm -f ProcessPool以上为具有血缘关系的进程进行进程间通信
如果毫不相关的进程进行进程间通信呢？
三、命名管道：
1、 理解：如果两个不同的进程，打开同一个文件的时候，在内核中，操作系统会打开同一个文件。
· 进程间通信的前提：先让不同进程看到同一份资源。
· 管道文件不需要刷盘，只是内存级文件。
· 管道怎么打开同一个文件？为什么要这么做？
通过同路径下的同一个文件名（路径+文件名具有唯一性）的方式，让不同进程看到同一份资源，进而实现不同进程间通信，所以叫命名管道。
2、编码：
①模拟实现命名管道的应用场景：
//server.cc
#include "comm.hpp"
using namespace std;
int main()
{
Init init;
//打开管道
int fd = open(FIFO_FILE, O_RDONLY);// 等待写入方打开之后，自己才会打开文件，向后执行，open 阻塞了！
if(fd < 0)
{
perror("open");
exit(FIFO_OPEN_ERR);
}
cout << "server open file done" << endl;
//开始通信
while(true)
{
char buffer[1024] = {0};
int x = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
if(x > 0)
{
buffer[x] = 0;
cout << "client say# " << buffer << endl;
}
else if(x == 0)
{
cout << "client quit, me too!\n" << endl;
break;
}
else break;
}
close(fd);
return 0;
}//client.cc
#include <iostream>
#include "comm.hpp"
using namespace std;
int main()
{
int fd = open(FIFO_FILE, O_WRONLY);
if(fd < 0)
{
perror("open");
exit(FIFO_OPEN_ERR);
}
cout << "client open file done" << endl;
string line;
while(true)
{
cout << "Please Enter@ ";
getline(cin, line);
write(fd, line.c_str(), line.size());
}
close(fd);
return 0;
}//comm.hpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <cerrno>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#define FIFO_FILE "./myfifo"
#define MODE 0664
enum{
FIFO_CREATE_ERR = 1,
FIFO_DELETE_ERR,
FIFO_OPEN_ERR
};
class Init
{
public:
Init()
{
//创建管道
int n = mkfifo(FIFO_FILE, MODE);
if(n == -1)
{
perror("mkfifo");
exit(FIFO_CREATE_ERR);
}
}
~Init()
{
int m = unlink(FIFO_FILE);
if(m == -1)
{
perror("unlink");
exit(FIFO_DELETE_ERR);
}
}
};
##Makefile
.PHONY:all
all:server client
server:server.cc
g++ -o $@ $^ -g -std=c++11
client:client.cc
g++ -o $@ $^ -g -std=c++11
.PHONY:clean
clean:
rm -f server client②模拟实现日志：输出时间，日志的等级，日志内容，文件的名称和行号。
//server.cc
#include "comm.hpp"
#include "log.hpp"
using namespace std;
int main()
{
Init init;
Log log;
log.Enable(Classfile);
//打开管道
int fd = open(FIFO_FILE, O_RDONLY);// 等待写入方打开之后，自己才会打开文件，向后执行，open 阻塞了！
if(fd < 0)
{
// log.logmessage(Fatal, "error string: %s, error code: %d",strerror(errno), errno);
log(Fatal, "error string: %s, error code: %d",strerror(errno), errno);
exit(FIFO_OPEN_ERR);
}
// log.logmessage(Info, "server open file done, error string: %s, error code: %d",strerror(errno), errno);
// log.logmessage(Warning, "server open file done, error string: %s, error code: %d",strerror(errno), errno);
// log.logmessage(Fatal, "server open file done, error string: %s, error code: %d",strerror(errno), errno);
// log.logmessage(Debug, "server open file done, error string: %s, error code: %d",strerror(errno), errno);
log(Info, "server open file done, error string: %s, error code: %d",strerror(errno), errno);
log(Warning, "server open file done, error string: %s, error code: %d",strerror(errno), errno);
log(Fatal, "server open file done, error string: %s, error code: %d",strerror(errno), errno);
log(Debug, "server open file done, error string: %s, error code: %d",strerror(errno), errno);
//开始通信
while(true)
{
char buffer[1024] = {0};
int x = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
if(x > 0)
{
buffer[x] = 0;
cout << "client say# " << buffer << endl;
}
else if(x == 0)
{
// log.logmessage(Debug, "client quit, me too, error string: %s, error code: %d",strerror(errno), errno);
log(Debug, "client quit, me too, error string: %s, error code: %d",strerror(errno), errno);
break;
}
else break;
}
close(fd);
return 0;
}//client
#include <iostream>
#include "comm.hpp"
using namespace std;
int main()
{
int fd = open(FIFO_FILE, O_WRONLY);
if(fd < 0)
{
perror("open");
exit(FIFO_OPEN_ERR);
}
cout << "client open file done" << endl;
string line;
while(true)
{
cout << "Please Enter@ ";
getline(cin, line);
write(fd, line.c_str(), line.size());
}
close(fd);
return 0;
}//comm.hpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <cerrno>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#define FIFO_FILE "./myfifo"
#define MODE 0664
enum{
FIFO_CREATE_ERR = 1,
FIFO_DELETE_ERR,
FIFO_OPEN_ERR
};
class Init
{
public:
Init()
{
//创建管道
int n = mkfifo(FIFO_FILE, MODE);
if(n == -1)
{
perror("mkfifo");
exit(FIFO_CREATE_ERR);
}
}
~Init()
{
int m = unlink(FIFO_FILE);
if(m == -1)
{
perror("unlink");
exit(FIFO_DELETE_ERR);
}
}
};//log.hpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <time.h>
#include <stdarg.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#define SIZE 1024
#define Info 0
#define Debug 1
#define Warning 2
#define Error 3
#define Fatal 4
#define Screen 1
#define Onefile 2
#define Classfile 3
#define LogFile "log.txt"
class Log
{
public:
Log()
{
printMethod = Screen;
path = "./log/";
}
void Enable(int method)
{
printMethod = method;
}
std::string levelToString(int level)
{
switch(level)
{
case Info: return "Info";
case Debug: return "Debug";
case Warning: return "Warning";
case Error: return "Error";
case Fatal: return "Fatal";
default: return "None";
}
}
// void logmessage(int level, char *format, ...)
// {
// time_t t = time(nullptr);
// struct tm *ctime = localtime(&t);
// char leftbuffer[SIZE];
// snprintf(leftbuffer, sizeof(leftbuffer), "[%s][%d-%d-%d %d:%d:%d]", levelToString(level).c_str(),
// ctime->tm_year+1900, ctime->tm_mon+1, ctime->tm_mday,
// ctime->tm_hour, ctime->tm_min, ctime->tm_sec);
// // va_list s;
// // va_start(s, format);
// char rightbuffer[SIZE];
// vsnprintf(rightbuffer, sizeof(rightbuffer), format, s);
// // va_end(s);
// //格式：默认部分+自定义部分
// char logtxt[SIZE*2];
// snprintf(logtxt, sizeof(logtxt), "%s %s\n", leftbuffer, rightbuffer);
// // printf("%s", logtxt);//暂时打印
// printLog(level, logtxt);
// }
void printLog(int level, const std::string &logtxt)
{
switch(printMethod)
{
case Screen:
std::cout << logtxt << std::endl;
break;
case Onefile:
printOneFile(LogFile, logtxt);
break;
case Classfile:
printClassFile(level, logtxt);
break;
default:
break;
}
}
void printOneFile(const std::string &logname, const std::string &logtxt)
{
std::string _logname = path + logname;
int fd = open(_logname.c_str(), O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND, 0666); // "log.txt"
if(fd < 0) return;
write(fd, logtxt.c_str(), logtxt.size());
close(fd);
}
void printClassFile(int level, const std::string logtxt)
{
std::string filename = LogFile;
filename += ".";
filename += levelToString(level); // "log.txt.Debug/Warning/Fatal"
printOneFile(filename, logtxt);
}
~Log()
{}
void operator()(int level, const char *format, ...)
{
time_t t = time(nullptr);
struct tm *ctime = localtime(&t);
char leftbuffer[SIZE];
snprintf(leftbuffer, sizeof(leftbuffer), "[%s][%d-%d-%d %d:%d:%d]", levelToString(level).c_str(),
ctime->tm_year+1900, ctime->tm_mon+1, ctime->tm_mday,
ctime->tm_hour, ctime->tm_min, ctime->tm_sec);
va_list s;
va_start(s, format);
char rightbuffer[SIZE];
vsnprintf(rightbuffer, sizeof(rightbuffer), format, s);
va_end(s);
//格式：默认部分+自定义部分
char logtxt[SIZE*2];
snprintf(logtxt, sizeof(logtxt), "%s %s\n", leftbuffer, rightbuffer);
// printf("%s", logtxt);//暂时打印
printLog(level, logtxt);
}
private:
int printMethod;
std::string path;
};
// 拓展：可变参数(可变参数必须要至少一个实参)
// int sum(int n, ...)
// {
// va_list s; // char*
// va_start(s, n);
// int sum = 0;
// while(n)
// {
// sum += va_arg(s, int);
// n--;
// }
// va_end(s);
// return sum;
// }//Makefile
.PHONY:all
all:server client
server:server.cc
g++ -o $@ $^ -g -std=c++11
client:client.cc
g++ -o $@ $^ -g -std=c++11
.PHONY:clean
clean:
rm -f server client四、System共享内存
1、原理：每个进程都要有自己对应的地址空间，有自己对应的tast_struct，通过页表将自己地址空间中的内容映射到物理内存中。在物理内存中创建一块共享空间，共享空间通过页表映射到，进程的共享区当中，并给应用层返回一个所对应连续内存空间的起始虚拟地址。从此两个进程就可以通过各自页表访问到同一块物理内存了。
2、申请共享内存步骤：
①申请内存
②挂接到进程地址空间
③返回首地址
释放共享内存步骤：去关联，释放共享内存
3、上面的操作不是进程直接做的（进程具有独立性），而是直接由操作系统来做（系统调用）。操作系统中内核结构体描述共享内存，再组织，从而管理所有内存。
4、接口：
创建共享内存(返回消息队列标识符）：
获取key：
让当前进程和指定共享内存链接起来和去关联：
删除共享内存：
问题1：共享内存标识符shmflg
IPC_CREAT（单独）：如果你申请的共享内存不存在就创建，存在，就获取并返回。
IPC_CREAT|IPC_EXCL：你申请的共享内存不存在，就创建，存在，就出错并返回。确保如果我们申请成功了一个共享内存，这个共享内存一定是一个新的。（IPC_EXCL不单独使用）
问题2：不过你怎么保证让不同的进程看到同一个内存资源呢？你怎么知道这个内存资源存在还是不存在呢？
谈谈key
①key是一个数字，这个数字是几不重要，关键在于它必须在内核中具有唯一性，能够让不同的进程进行唯一性标识。
②第一个进程可以通过key创建共享进程。第二个之后的进程，只要拿着同一个key，就可以和第一个进程看到同一个共享内存了。
③对于一个已经创建好的共享内存，key在哪？key在共享内存的描述对象中。
④第一次创建的时候，必须有一个key了。怎么有？ftok，它是一套算法——通过pathname和proj_id进行数值计算即可！（pathname和proj_id由用户自由指定。）
⑤key和路径都是唯一的。
问题三：key和shmid区别：
key：操作系统的标定唯一型（只在创建管理内存时使用）。
shmid：只在进程内表示资源的唯一性。
问题四：
①共享内存的生命周期是随内核的！用户不主动关闭，共享内存会一直存在。除非内核重启（用户释放）。
②接口：
查看所有的共享内存：ipcs -m
删除管理内存：ipcrm -m shmid
5、共享内存的特性：
①共享内存没有同步互斥之类的保护机制。
②共享内存是所有的进程间通信中速度最快的（由地址空间映射的方式，拷贝少，速度快）。
③共享内存内部的数据由用户自己维护。
④共享内存没有同步机制。
6、共享内存的属性：
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 */
};7、用共享内存实现进程间通信：
// comm.hpp
#ifndef __COMM_HPP__
#define __COMM_HPP__
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include "log.hpp"
using namespace std;
Log log;
//共享内存大小一般的大小一般建议是4096的整数倍
//4097,实际上操作系统给你的是4096*2的大小
const int size = 4096;
const string pathname = "/home/zsx";
const int proj_id = 0x6666;
key_t GetKey()
{
key_t k = ftok(pathname.c_str(), proj_id);
if(k < 0)
{
log(Fatal, "ftok error: %s", strerror(errno));
exit(1);
}
log(Info, "ftok sucess, key is : 0x%x", k);
return k;
}
int GetShareMemHelper(int flag)
{
key_t k = GetKey();
// int shmid = shmget(k, size, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
int shmid = shmget(k, size, flag);
if(shmid < 0)
{
log(Fatal, "create share memory error: %s", strerror(errno));
exit(2);
}
log(Info, "create share memory success, shmid: %d", shmid);
return shmid;
}
int CreateShm()
{
return GetShareMemHelper(IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
}
int GetShm()
{
return GetShareMemHelper(IPC_CREAT);
}
#endif// log.hpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <time.h>
#include <stdarg.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#define SIZE 1024
#define Info 0
#define Debug 1
#define Warning 2
#define Error 3
#define Fatal 4
#define Screen 1
#define Onefile 2
#define Classfile 3
#define LogFile "log.txt"
class Log
{
public:
Log()
{
printMethod = Screen;
path = "./log/";
}
void Enable(int method)
{
printMethod = method;
}
std::string levelToString(int level)
{
switch(level)
{
case Info: return "Info";
case Debug: return "Debug";
case Warning: return "Warning";
case Error: return "Error";
case Fatal: return "Fatal";
default: return "None";
}
}
// void logmessage(int level, char *format, ...)
// {
// time_t t = time(nullptr);
// struct tm *ctime = localtime(&t);
// char leftbuffer[SIZE];
// snprintf(leftbuffer, sizeof(leftbuffer), "[%s][%d-%d-%d %d:%d:%d]", levelToString(level).c_str(),
// ctime->tm_year+1900, ctime->tm_mon+1, ctime->tm_mday,
// ctime->tm_hour, ctime->tm_min, ctime->tm_sec);
// // va_list s;
// // va_start(s, format);
// char rightbuffer[SIZE];
// vsnprintf(rightbuffer, sizeof(rightbuffer), format, s);
// // va_end(s);
// //格式：默认部分+自定义部分
// char logtxt[SIZE*2];
// snprintf(logtxt, sizeof(logtxt), "%s %s\n", leftbuffer, rightbuffer);
// // printf("%s", logtxt);//暂时打印
// printLog(level, logtxt);
// }
void printLog(int level, const std::string &logtxt)
{
switch(printMethod)
{
case Screen:
std::cout << logtxt << std::endl;
break;
case Onefile:
printOneFile(LogFile, logtxt);
break;
case Classfile:
printClassFile(level, logtxt);
break;
default:
break;
}
}
void printOneFile(const std::string &logname, const std::string &logtxt)
{
std::string _logname = path + logname;
int fd = open(_logname.c_str(), O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND, 0666); // "log.txt"
if(fd < 0) return;
write(fd, logtxt.c_str(), logtxt.size());
close(fd);
}
void printClassFile(int level, const std::string logtxt)
{
std::string filename = LogFile;
filename += ".";
filename += levelToString(level); // "log.txt.Debug/Warning/Fatal"
printOneFile(filename, logtxt);
}
~Log()
{}
void operator()(int level, const char *format, ...)
{
time_t t = time(nullptr);
struct tm *ctime = localtime(&t);
char leftbuffer[SIZE];
snprintf(leftbuffer, sizeof(leftbuffer), "[%s][%d-%d-%d %d:%d:%d]", levelToString(level).c_str(),
ctime->tm_year+1900, ctime->tm_mon+1, ctime->tm_mday,
ctime->tm_hour, ctime->tm_min, ctime->tm_sec);
va_list s;
va_start(s, format);
char rightbuffer[SIZE];
vsnprintf(rightbuffer, sizeof(rightbuffer), format, s);
va_end(s);
//格式：默认部分+自定义部分
char logtxt[SIZE*2];
snprintf(logtxt, sizeof(logtxt), "%s %s\n", leftbuffer, rightbuffer);
// printf("%s", logtxt);//暂时打印
printLog(level, logtxt);
}
private:
int printMethod;
std::string path;
};
// 拓展：可变参数
// int sum(int n, ...)
// {
// va_list s; // char*
// va_start(s, n);
// int sum = 0;
// while(n)
// {
// sum += va_arg(s, int);
// n--;
// }
// va_end(s);
// return sum;
// }//processa.cc
#include "comm.hpp"
extern Log log;
int main()
{
// sleep(3);
int shmid = CreateShm();
// log(Debug, "create shm done");
// sleep(5);
char *shmaddr = (char*)shmat(shmid, nullptr, 0);
// log(Debug, "attach shm done, shmaddr: 0x%x", shmaddr);
// sleep(5);
struct shmid_ds shmds;
// ipc code
// 一旦有人把数据写入共享内存，不需要经过系统调用，直接就能看到数据了。
while(true)
{
cout << "client say@ " << shmaddr << endl; // 直接访问共享内存
sleep(1);
shmctl(shmid, IPC_STAT, &shmds);
cout << "shm size: " << shmds.shm_segsz << endl;
cout << "shm nattch: " << shmds.shm_nattch << endl;
printf("0x%x\n", shmds.shm_perm.__key);
cout << "shm mode: " << shmds.shm_perm.mode<< endl;
}
shmdt(shmaddr);
// log(Debug, "detach shm done, shmaddr: 0x%x", shmaddr);
// sleep(5);
shmctl(shmid, IPC_RMID, nullptr);
// log(Debug, "destory shm done, shmaddr: 0x%x", shmaddr);
// sleep(5);
return 0;
}//processb.cc
#include "comm.hpp"
int main()
{
// sleep(3);
int shmid = GetShm();
// log(Debug, "create shm done");
// sleep(5);
char *shmaddr = (char*)shmat(shmid, nullptr, 0);
// log(Debug, "attach shm done, shmaddr: 0x%x", shmaddr);
// sleep(5);
// ipc code
//一旦有了共享内存，挂接到自己的地址空间中，直接把它当成自己的内存空间来用即可。
//不需要调用系统调用
while(true)
{
cout << "Please Enter@ ";
// char buffer[1024]; // 缓冲区（此处没必要），因为有内存
// fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);
// memcpy(shmaddr, buffer, strlen(buffer)+1); // 当作字符串
fgets(shmaddr, 4096, stdin);
}
shmdt(shmaddr);
// log(Debug, "detach shm done, shmaddr: 0x%x", shmaddr);
// sleep(5);
return 0;
}##Makefile
.PHONY:all
all:processa processb
processa:processa.cc
g++ -o $@ $^ -g -std=c++11
processb:processb.cc
g++ -o $@ $^ -g -std=c++11
.PHONY:clean
clean:
rm -f processa processb当然，我们也可以利用命名管道实现共享内存的同步，有兴趣的同学可以尝试一下！
8、mmap函数：也是共享内存的一种。（选学）
五、消息队列（了解）：
1、原理：
①必须让不同的进程看到同一个队列。
②允许不同的进程向内核中发送带类型的数据块。
2、接口：
①创建共享内存(返回消息队列标识符）：
②释放共享内存：
③发送/接收消息队列：
④查看所有的共享内存：ipcs -q
删除管理内存：ipcrm -m msgid
六、IPC内核中的数据结构设计：
①在操作系统中，所有的IPC资源，都是整合进操作系统里的IPC模块中的！
②创建共享内存/消息队列就要创建对应的数据结构。这些数据结构的第一个字段类型都是ipc_perm，管理这些数据结构是通过数组（struct ipc_perm *array［］）来管理的。创建共享内存/消息队列时，操作系统就要创建对应的数据结构，并将第一个字段的地址填入数组（结构体数据类型可以不一样，因为第一个字段的类型都一样）。
③从此往后，管理操纵系统中所有的Ipc资源，只要先描述，然后对所有资源进行的增删查改转化成对该数组的增删查改。
④当然，也可通过用户输入的key，找到每一个对应的ipc资源，通过比较第一个字段的ipc_perm中的key，确认进程是否已经被创建（新旧）。
⑤其中该数组的数组下标为xxxid（shmid/msgid……）（是线性递增的）
⑥当用户未来尝试访问某种资源的时候，只要将对应的地址强转成指定的类型，就可以自由访问整个结构中的任意类型。
⑦而操作系统为什么能区分指针指向的对象的类型呢？
ipc_perm是操作系统在应用层上的结构体，而在内核结构中，它的数据结构为kern_ipc_perm。它在第一个字段中增加了一种类型标志位，来让代码区分它自己是哪种ipc资源。
⑧这实际上是多态技术的一种体现。其中ipc_perm就是基类，shm_perm/msg_perm就是子类。
七、信号量：（了解）
1、原理概念
1、）当我们的进程a正在向共享内存写入时，写入了一部分就被进程b拿走了，就会导致双方发和收的数据不完整——数据不一致问题（因为共享内存没有保护机制）。
而管道不会（因为管道在通信过程中有原子性保证和同步互斥）。
2、）
①AB看到的同一份资源共享资源，如果不加保护，会导致数据不一致问题。
②加锁--互斥访问--任何时刻，只允许一个执行流访问（就是执行访问）共享资源——互斥。
③共享的，任何时刻只允许一个执行流访问的资源称为临界资源---一般是内存空间。
④举例：100行代码，5到10行代码才在访问临界资源。那我们访问临界资源的代码称为临界区。
3、）解释一个现象：
多进程、多线程、并发打印时，显示器上的信息是错乱的、混乱的、和命令行混在一起的。这就是数据不一致问题。
4、）理解信号量：信号量/信号灯的本质是一把计数器，用来描述临界资源中资源数量的多少。
①申请计数器成功就表示，我具有访问资源的权限了。
②申请了计数器资源。我当前访问我要的资源了吗？
没有。申请了计数器资源是对资源的预定机制。
③计数器可以有效保证进入共享资源的执行流的数量。
④所以每一个，执行刘翔访问共享资源中的一部分的时候不是直接访问，而是先申请计数器资源。这个计数器就叫做信号量。
⑤我们把值只能为01两态的计数器叫做二元信号量，本质就是一个锁。
⑥让计数器为1，资源为1的本质，其实就是不将临界资源分成很多块了，而是当做一个整体整体申请，整体释放（比如管道）。
⑦要访问临界资源，需要申请信号量计数器资源。而信号量计数器也是共享资源。它要先保证自己的安全。
cnt--：C语言一条语句变成汇编，多条（3）汇编语句。
a.cnt变量的内容，内存-＞CPU寄存器
b.cpu内进行--操作
c.将计算结果写回cnt变量的内存位置。
进程在运行的时候可以随时被切换,多执行流都访问这个变量时，可能会出错。(线程部分详细解释）
⑧申请信号量本质是对计数器--（P操作）。
释放资源，释放信号量，本质是对计数器进行++操作（V操作）。
申请和释放PV操作——原子的：一件事情要么不做，要做就做完（两态的），没有“正在做”这样的概念。用一条汇编语句即可实现。
总结：信号量本质是一把计数器。对计数器匹配的操作叫pv操作---原子的。执行流申请资源，必须先申请信号量资源，得到信号量之后才能访问临界资源。信息量值10两态的二元信号量就是互斥功能。申请信号量的本质是：对临界资源的预定机制。
2、接口：
①申请信号量：
②控制信号量：
③设定信号量：
注：system v的接口是最难的：多线程部分来进行操作说明。
3、信号量凭什么是进程间通信的一种？
①通信不仅仅是通信数据，也在于互相协同。
②要协同，本质也是通信信号量首先被所有的通信进程看到。