网硕互联帮助中心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;
}
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