【lesson46】进程通信之system V(共享内存)

news2025/1/19 2:39:21

文章目录

  • 共享内存通信原理
  • 用共享内存通信
    • shmServer.cc
    • shmClient.cc
  • 完整通信代码
    • common.hpp
    • Log.hpp
    • shmServer.cc
    • shmClient.cc
    • 通信测试
  • 共享内存借助管道添加访问控制
    • common.hpp
    • shmServer.cc
    • shmClient.cc

共享内存通信原理

两个进程将一块system V的物理地址通过页表映射到自己的进程地址空间中。
在这里插入图片描述
具体点：
在这里插入图片描述
共享内存的建立
共享内存提供者是OS
那么OS要不要管理共享内存？
当然要—>先描述，再组织----->重新理解共享内存：
共享内存 = 共享内存块 + 共享内存的内核数据结构

用共享内存通信

创建两个文件：
shmServer.cc:读取数据
shmClient.cc:写入数据

shmServer.cc

1.创建key值
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
fotk参数：
pathname：随便写一个固定的路径，主要是为了生成唯一key值标识共享内存。
proj_id:也是随便写一个值，目的pathname一样。
在这里插入图片描述
2.创建共享内存
在这里插入图片描述
参数key：通过唯一key值创建内存并且共享内存以key编号
参数size:要申请的字节共享内存大小
参数shmflg：
在这里插入图片描述
返回值：
在这里插入图片描述
成功返回用户层用来唯一表示共享内存的shmid
在这里插入图片描述
3.挂接共享内存到进程地址空间的共享区
在这里插入图片描述
参数shmid：用户层共享内存的唯一标识
参数shmaddr：
在这里插入图片描述
参数shmflg：
在这里插入图片描述
返回值：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
4.通信逻辑之后实现，先把其它逻辑走通。
5.通信结束，共享内存去挂接
在这里插入图片描述
参数shmaddr：之前挂接的共享内存地址
返回值：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
6.删除共享内存
在这里插入图片描述
参数shmid：共享内存用户层编号
参数cmd：
在这里插入图片描述
参数buf：
在这里插入图片描述
返回值：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
通信逻辑的实现：
在这里插入图片描述
我们直接输出共享内存中的数据即可。

shmClient.cc

1.获取key值
在这里插入图片描述
2.获取共享内存
在这里插入图片描述
3.挂接共享内存到进程地址空间的共享区
在这里插入图片描述
4.开始通信，通信逻辑之后再实现
5.共享内存去挂接
在这里插入图片描述
这里不用删除共享空间，因为共享空间不是这个进程创建的。

通信逻辑：
在这里插入图片描述
我们直接向共享内存写数据。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

完整通信代码

common.hpp

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <cassert>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include "Log.hpp"

#define PATH_NAME "/home/xiaolin/"
#define PROJ_ID 0x66
#define SHM_SIZE 4096

Log.hpp

#pragma once

#include <iostream>
#include <ctime>

#define DEBUG 0
#define NOTICE 1
#define WARNING 2
#define ERROR 3

const std::string msg[] = {
    "DEBUGE",
    "NOTICE",
    "WARNING",
    "ERROR"};

std::ostream &Log(std::string message, int level)
{
    std::cout << "|" << (unsigned)time(nullptr) << "|" << msg[level] << "|" << message;
    return std::cout;
}

shmServer.cc

#include "common.hpp"

std::string TransToHex(key_t k)
{
    char buffer[32];
    snprintf(buffer, sizeof buffer, "0x%x", k);
    return buffer;
}

int main()
{
    // 1.创建key值
    key_t key = ftok(PATH_NAME, PROJ_ID);
    if (key == -1)
    {
        perror("ftok");
        exit(1);
    }
    Log("create key success", DEBUG) << " server key : " << TransToHex(key) << std::endl;
    //sleep(10);

    // 2.创建共享内存
    int shmid = shmget(key, SHM_SIZE, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
    if (shmid == -1)
    {
        perror("shget");
        exit(2);
    }
    Log("create shm success", DEBUG) << " shm id : " << shmid << std::endl;
    //sleep(10);

    // 3.挂接共享内存的地址，到进程地址空间
    char *shmaddress = (char *)shmat(shmid, nullptr, 0);
    if (shmaddress == (char *)((void *)-1))
    {
        perror("shmat");
        exit(3);
    }
    Log("attach shm success", DEBUG) << " shm address : " << (int)*shmaddress << std::endl;
    //sleep(10);

    // 4.进行通信的逻辑
    //Server读取数据
    while(true)
    {
        printf("%s\n",shmaddress);
        if(strcmp(shmaddress,"quit") == 0)
        {
            break;
        }
        sleep(1);
    } 
    
    // 5.去挂接
    int shmdt_res = shmdt((void*)shmaddress);
    if(shmdt_res == -1)
    {
        perror("shmdt");
        exit(4);
    }
    Log("unattach shm success", DEBUG) << " shm res : " << shmdt_res << std::endl;
    //sleep(10);

    //6.删除共享内存,IPC_RMID表示即便是有进程和当下的shm挂接，依旧删除共享内存
    int shmctl_res = shmctl(shmid,IPC_RMID,nullptr);
    if(shmctl_res == -1)
    {
        perror("shmctl");
        exit(5);
    }
    Log("shmctl shm success", DEBUG) << " shmctl res : " << shmctl_res << std::endl;
    //sleep(10);

    return 0;
}

shmClient.cc

#include "common.hpp"
std::string TransToHex(key_t k)
{
    char buffer[32];
    snprintf(buffer, sizeof buffer, "0x%x", k);
    return buffer;
}

int main()
{
    // 1.获取key值
    key_t key = ftok(PATH_NAME, PROJ_ID);
    if (key == -1)
    {
        perror("ftok");
        exit(1);
    }
    Log("create key success", DEBUG) << " server key : " << TransToHex(key) << std::endl;
    //sleep(10);

    // 2.获取共享内存
    int shmid = shmget(key, SHM_SIZE, 0);
    if (shmid == -1)
    {
        perror("shget");
        exit(2);
    }
    Log("create shm success", DEBUG) << " shm id : " << shmid << std::endl;
    //sleep(10);

    // 3.挂接共享内存
    char *shmaddress = (char *)shmat(shmid, nullptr, 0);
    if (shmaddress == (char *)((void *)-1))
    {
        perror("shmat");
        exit(3);
    }
    Log("attach shm success", DEBUG) << " shm address : " << *shmaddress << std::endl;
    //sleep(10);

    // 4.通信逻辑
    // clinent写入数据
    char c = 'a';
    for (; c <= 'z'; c++)
    {
        snprintf(shmaddress, SHM_SIZE - 1,
                 "hello server, 我是其他进程,我的pid: %d, inc: %c\n",
                 getpid(), c);
        
        sleep(1);
    }

    snprintf(shmaddress,SHM_SIZE-1,"quit"); 

    // 5.去挂接
    int shmdt_res = shmdt((void *)shmaddress);
    if (shmdt_res == -1)
    {
        perror("shmdt");
        exit(4);
    }
    Log("unattach shm success", DEBUG) << " shm res : " << shmdt_res << std::endl;
    //sleep(10);
    return 0;
}

通信测试

在这里插入图片描述
我们可以看到server端在client还没有写入数据是就一直读取内容。
在client端运行起来后，也还在读取数据。
在这里插入图片描述
client端写入数据结束后，再写入quit指令，server端随之退出。
在这里插入图片描述
这里我们能看到system V缺乏访问控制。
那么我们能添加访问控制吗？可以

共享内存借助管道添加访问控制

common.hpp

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <cassert>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include "Log.hpp"

#define PATH_NAME "/home/xiaolin/"
#define PROJ_ID 0x66
#define SHM_SIZE 4096
#define FIFO_NAME "./fifo"
#define MODE 0666
#define READ O_RDONLY
#define WRITE O_WRONLY

class Init
{
public:
    Init()
    {
        umask(0);
        int n = mkfifo(FIFO_NAME,MODE);
        if(n == -1)
        {
            perror("mkfifo");
        }
        Log("create fifo success",NOTICE) << "\n";
    }
    ~Init()
    {
        int n = unlink(FIFO_NAME);
        if(n == -1)
        {
            perror("unlink");
        }
        Log("unlink fifo success",NOTICE) << "\n";
    }
};


int OpenFifo(std::string pathname,int flages) 
{
    int fd = open(pathname.c_str(),flages);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open");
    }

    return fd;
}

void Wait(int fd)//阻塞等待
{
    Log("等待中....", NOTICE) << "\n";
    uint32_t temp = 0;
    ssize_t n = read(fd,&temp,sizeof(temp));
    assert(n == sizeof(uint32_t));
}

void Signal(int fd)//唤醒
{
    uint32_t temp = 1;
    ssize_t n = write(fd,&temp,sizeof(temp));
    assert(n == sizeof(uint32_t));
    Log("唤醒中....", NOTICE) << "\n";
}

void CloseFifo(int fd) 
{
    close(fd);
}

shmServer.cc

#include "common.hpp"

// 对应的程序，在加载的时候，会自动构建全局变量，自动调用构造函数 -- 创建管道文件
// 程序退出的时候，全局变量会被析构，自动调用析构函数-----删除管道文件
Init init;

std::string TransToHex(key_t k)
{
    char buffer[32];
    snprintf(buffer, sizeof buffer, "0x%x", k);
    return buffer;
}

int main()
{
    // 1.创建key值
    key_t key = ftok(PATH_NAME, PROJ_ID);
    if (key == -1)
    {
        perror("ftok");
        exit(1);
    }
    Log("create key success", DEBUG) << " server key : " << TransToHex(key) << std::endl;
    //sleep(10);

    // 2.创建共享内存
    int shmid = shmget(key, SHM_SIZE, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
    if (shmid == -1)
    {
        perror("shget");
        exit(2);
    }
    Log("create shm success", DEBUG) << " shm id : " << shmid << std::endl;
    //sleep(10);

    // 3.挂接共享内存的地址，到进程地址空间
    char *shmaddress = (char *)shmat(shmid, nullptr, 0);
    if (shmaddress == (char *)((void *)-1))
    {
        perror("shmat");
        exit(3);
    }
    Log("attach shm success", DEBUG) << " shm address : " << (int)*shmaddress << std::endl;
    //sleep(10);

    // 4.进行通信的逻辑
    //Server读取数据
    /* int fd = OpenFifo(FIFO_NAME,READ);
    while(true)
    {
        Wait(fd);
        printf("%s\n",shmaddress);
        if(strcmp(shmaddress,"quit") == 0)
        {
            break;
        }
        sleep(1);
    }

    CloseFifo(fd); */

    //shift alt a 注释指令
    while(true)
    {
        printf("%s\n",shmaddress);
        if(strcmp(shmaddress,"quit") == 0)
        {
            break;
        }
        sleep(1);
    }

    // 5.去挂接
    int shmdt_res = shmdt((void*)shmaddress);
    if(shmdt_res == -1)
    {
        perror("shmdt");
        exit(4);
    }
    Log("unattach shm success", DEBUG) << " shm res : " << shmdt_res << std::endl;
    //sleep(10);

    //6.删除共享内存,IPC_RMID表示即便是有进程和当下的shm挂接，依旧删除共享内存
    int shmctl_res = shmctl(shmid,IPC_RMID,nullptr);
    if(shmctl_res == -1)
    {
        perror("shmctl");
        exit(5);
    }
    Log("shmctl shm success", DEBUG) << " shmctl res : " << shmctl_res << std::endl;
    //sleep(10);

    return 0;
}

shmClient.cc

#include "common.hpp"
std::string TransToHex(key_t k)
{
    char buffer[32];
    snprintf(buffer, sizeof buffer, "0x%x", k);
    return buffer;
}

int main()
{
    // 1.获取key值
    key_t key = ftok(PATH_NAME, PROJ_ID);
    if (key == -1)
    {
        perror("ftok");
        exit(1);
    }
    Log("create key success", DEBUG) << " server key : " << TransToHex(key) << std::endl;
    //sleep(10);

    // 2.获取共享内存
    int shmid = shmget(key, SHM_SIZE, 0);
    if (shmid == -1)
    {
        perror("shget");
        exit(2);
    }
    Log("create shm success", DEBUG) << " shm id : " << shmid << std::endl;
    //sleep(10);

    // 3.挂接共享内存
    char *shmaddress = (char *)shmat(shmid, nullptr, 0);
    if (shmaddress == (char *)((void *)-1))
    {
        perror("shmat");
        exit(3);
    }
    Log("attach shm success", DEBUG) << " shm address : " << *shmaddress << std::endl;
    //sleep(10);

    // 4.通信逻辑
    // clinent写入数据
    /* int fd = OpenFifo(FIFO_NAME,WRITE);
    while(true)
    {
        ssize_t n = read(0,shmaddress,SHM_SIZE-1);
        if(n > 0)
        {
            shmaddress[n-1] = 0;
            Signal(fd);
            if(strcmp(shmaddress,"quit") == 0)
            {
                break;
            }
            
        }
        else if(n == 0)
        {
            break;
        }
        else
        {
            perror("read");
        }
    }

    CloseFifo(fd); */
    
    char c = 'a';
    for (; c <= 'z'; c++)
    {
        snprintf(shmaddress, SHM_SIZE - 1,
                 "hello server, 我是其他进程,我的pid: %d, inc: %c\n",
                 getpid(), c);
        
        sleep(1);
    }

    snprintf(shmaddress,SHM_SIZE-1,"quit");

    // 5.去挂接
    int shmdt_res = shmdt((void *)shmaddress);
    if (shmdt_res == -1)
    {
        perror("shmdt");
        exit(4);
    }
    Log("unattach shm success", DEBUG) << " shm res : " << shmdt_res << std::endl;
    //sleep(10);
    return 0;
}

Log.hpp和之前一样，这里就不再写一遍。

附加：
Linux下查看共享内存：

ipcs -m

Linux下手动删除共享内存：

ipcrm -m(shimd)

Linux下循环查看共享内存脚本：

while :; do ipcs -m; sleep 1; done

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探索Xposed框架&#xff1a;个性定制你的Android体验 1. 引言 在当今移动设备市场中&#xff0c;Android系统作为最受欢迎的操作系统之一&#xff0c;其开放性和可定制性备受用户青睐。用户希望能够根据个人喜好和需求对其设备进行定制&#xff0c;以获得更符合自己习惯的使用…
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svg 进阶

svg 进阶

svg 进阶 svg 应用场景 绘制 icon绘制动画 svg viewport 和 viewBox viewport 是 svg 图像的可见区域 viewBox 是用于在画布上绘制 svg 图形的坐标系统 在一下案例中 svg中 width“500” height“200” 就是可视区域 比如你的svg是100X100但是你的可视区域只有20X20 那么他…
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c语言中的模拟多态性

c语言中的模拟多态性

在C语言中模拟多态性 多态性是面向对象编程中的一个核心概念&#xff0c;它允许我们通过一个共同的接口来操作不同的数据类型。虽然C语言是一种过程式语言&#xff0c;本身不直接支持面向对象的特性&#xff0c;如继承、封装和多态&#xff0c;但我们可以通过一些技巧来模拟这些…
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mac docker 宿主机和容器间网络打通

mac docker 宿主机和容器间网络打通

动因 是这样&#xff0c;笔者最近满怀欣喜入手Docker&#xff0c;看着各种文章命令都是不断点头称道&#xff1a;“嗯嗯&#xff0c;不错不错”,在接下来终于准备大干一场的时候碰壁了&#xff0c;主要情况是说在Mac中跑了第一把的时候发现碰到&#xff0c;虚拟机和宿主机居然…
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arkTS开发鸿蒙OS应用（登录页面实现，连接数据库）

arkTS开发鸿蒙OS应用（登录页面实现，连接数据库）

前言 喜欢的朋友可在抖音、小红书、微信公众号、哔哩哔哩搜索“淼学派对”。知乎搜索“编程淼”。 前端架构 Toubu.ets import router from ohos.router Component export struct Header{build(){// 标题部分Row({space:5}){Image($r(app.media.fanhui)).width(20).onClic…
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