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基于信号量与共享内存实现客户与服务器进程通信

article 2024/11/20 20:48:15

基于信号量与共享内存实现客户与服务器进程通信

发送进程

代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <semaphore.h>

#define SHARED_MEM_NAME "/shared_mem"
#define SEM_NAME "/sem_sync"
#define MEM_SIZE 1024
#define END_STRING "END"

int main() {
    int shm_fd;
    void *shared_mem;
    sem_t *sem;

    shm_fd = shm_open(SHARED_MEM_NAME, O_CREAT | O_RDWR, 0666);
    if (shm_fd == -1) {
        perror("shm_open failed");
        exit(1);
    }
    ftruncate(shm_fd, MEM_SIZE);

    shared_mem = mmap(0, MEM_SIZE, PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
    if (shared_mem == MAP_FAILED) {
        perror("mmap failed");
        exit(1);
    }

    sem = sem_open(SEM_NAME, O_CREAT, 0666, 0);
    if (sem == SEM_FAILED) {
        perror("sem_open failed");
        exit(1);
    }

    char buffer[MEM_SIZE];
    while (1) {
        printf("输入字符串：");
        fgets(buffer, MEM_SIZE, stdin);
        buffer[strcspn(buffer, "\n")] = 0;  // 去掉换行符

        strncpy((char *)shared_mem, buffer, MEM_SIZE);

        sem_post(sem);

        if (strcmp(buffer, END_STRING) == 0) {
            break;
        }
    }

    munmap(shared_mem, MEM_SIZE);
    close(shm_fd);
    sem_close(sem);

    return 0;
}

详细解析

0，头文件与宏定义

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <semaphore.h>

这些头文件包含了程序中使用的标准库和系统库：

  • stdio.h 和 stdlib.h：提供基本的输入/输出功能（如 printf 和 fgets）以及内存管理功能（如 exit）。

  • string.h：提供字符串操作函数，如 strncpy 和 strcmp。

  • unistd.h：提供对 POSIX 操作系统 API 的访问，如 close 函数。

  • fcntl.h：用于文件控制操作，如 shm_open 中的标志。

  • sys/mman.h：包含内存映射相关的函数，如 mmap 和 shm_open。

  • semaphore.h：提供信号量相关的功能，用于进程同步。

#define SHARED_MEM_NAME "/shared_mem"
#define SEM_NAME "/sem_sync"
#define MEM_SIZE 1024
#define END_STRING "END"
  • SHARED_MEM_NAME：共享内存的名称。名称必须以斜杠 / 开头，以表示这是一个 POSIX 共享内存对象。
  • SEM_NAME：信号量的名称，用于同步客户端和服务器进程。
  • MEM_SIZE：共享内存的大小，以字节为单位。在这里，大小为 1024 字节（1 KB）。
  • END_STRING：用于判断是否结束程序的特殊字符串 “END”。

1，shm_fd

shm_fd = shm_open(SHARED_MEM_NAME, O_CREAT | O_RDWR, 0666);

SHARED_MEM_NAME：共享内存的名称。名称必须以斜杠 / 开头，以表示这是一个 POSIX 共享内存对象，这里我们使用 /shared_mem 。

shm_open 函数包含在 sys/mman.h 头文件中，用于创建或打开一个 POSIX 共享内存对象。

其中 O_CREAT | O_RDRW 标志如果共享内存对象不存在就创建它，并且以可读可写模式打开它。

2，

0666 为权限设置，表示共享内存对象对所有用户可读可写。

错误处理：如果 shm_open 失败，返回 -1，并通过 perror 打印错误信息，然后调用 exit(1) 终止程序。

2，ftruncate

ftruncate(shm_fd, MEM_SIZE);

3，mmap

    shared_mem = mmap(0, MEM_SIZE, PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
    if (shared_mem == MAP_FAILED) {
        perror("mmap failed");
        exit(1);
    }

设置共享内存对象的大小为 MEM_SIZE 字节，即 1024 字节。

  • mmap：将共享内存映射到进程的地址空间，以便我们可以像使用普通内存一样访问它。
    • 0：让操作系统选择共享内存的映射地址。
    • MEM_SIZE：映射的大小（1024 字节）。
    • PROT_WRITE：指定映射区域可写。
    • MAP_SHARED：其他进程对共享内存的修改是可见的，并且会影响到共享内存的实际内容。
    • shm_fd：共享内存对象的文件描述符。
    • 0：偏移量，表示从共享内存的开头开始映射。
  • 错误处理：如果 mmap 失败，返回 MAP_FAILED，并打印错误信息，然后终止程序。

4，sem_open

sem = sem_open(SEM_NAME, O_CREAT, 0666, 0);
if (sem == SEM_FAILED) {
    perror("sem_open failed");
    exit(1);
}
  • sem_open：创建或打开一个命名信号量。
    • SEM_NAME：信号量的名称。
    • O_CREAT：如果信号量不存在，则创建它。
    • 0666：权限设置，表示信号量对所有用户可访问。
    • 0：信号量的初始值为 0（表示不可用状态）。
  • 错误处理：如果 sem_open 失败，返回 SEM_FAILED，并打印错误信息，然后终止程序。

5，主循环

char buffer[MEM_SIZE];
    while (1) {
        printf("输入字符串：");
        fgets(buffer, MEM_SIZE, stdin);
        buffer[strcspn(buffer, "\n")] = 0;  // 去掉换行符

        strncpy((char *)shared_mem, buffer, MEM_SIZE);

        sem_post(sem);

        if (strcmp(buffer, END_STRING) == 0) {
            break;
        }
    }

从键盘中读入字符串，然后去掉换行符。

strcspn 的作用是找到 \n 的位置，然后该位置换为 \0，表示字符串结尾。

strncpy 表示将 buffer 中的内容复制到 shared_mem 中。

sem_post 表示增加信号量的值，表示共享内存中有新的数据可读，这个操作通知服务器进程可以读取共享内存的内容。

我们重复这个循环，直到输入的字符串为 END 时终止。

6，释放资源

munmap(shared_mem, MEM_SIZE);
close(shm_fd);
sem_close(sem);

munmap : 接触共享内存映射，释放地址空间

close : 关闭共享内存的文件描述符

sem_close : 关闭信号量

接收进程

代码与发送进程类似，故不做解析。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <semaphore.h>

#define SHARED_MEM_NAME "/shared_mem"
#define SEM_NAME "/sem_sync"
#define MEM_SIZE 1024
#define END_STRING "END"

int main() {
    int shm_fd;
    void *shared_mem;
    sem_t *sem;

    shm_fd = shm_open(SHARED_MEM_NAME, O_RDONLY, 0666);
    if (shm_fd == -1) {
        perror("shm_open failed");
        exit(1);
    }

    shared_mem = mmap(0, MEM_SIZE, PROT_READ, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
    if (shared_mem == MAP_FAILED) {
        perror("mmap failed");
        exit(1);
    }

    sem = sem_open(SEM_NAME, 0);
    if (sem == SEM_FAILED) {
        perror("sem_open failed");
        exit(1);
    }

    char buffer[MEM_SIZE];
    while (1) {
        sem_wait(sem);

        strncpy(buffer, (char *)shared_mem, MEM_SIZE);
        buffer[MEM_SIZE - 1] = '\0';  // 确保字符串以NULL结尾

        printf("读取字符串：%s\n", buffer);

        if (strcmp(buffer, END_STRING) == 0) {
            break;
        }
    }

    munmap(shared_mem, MEM_SIZE);
    close(shm_fd);
    sem_close(sem);

    return 0;
}

http://www.kler.cn/a/401992.html

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