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【Linux】进程间通信（三）——共享内存和消息队列

news 2025/7/19 11:39:14

一、共享内存

1、概念：

2、共享内存的使用

创建共享内存：shmget

建立映射：shmat；s可以访问内存空间

断开映射：shmdt；s不可以访问内存空间

删除共享内存：shmctl

3、共享内存操作

操作步骤：

具体实现：

结果：

4、优缺点：

二、消息队列

1、概念

2、消息队列的使用

创建消息队列：msgget

添加消息队列：msgsnd

获取消息：msgrcv

删除消息队列：msgctl

注意事项

3、消息队列的操作

具体实现

结果

4、优缺点

消息队列的优点

消息队列的缺点

一、共享内存

1、概念：

共享内存是一种进程间通信（IPC）机制，允许多个进程访问同一块物理内存区域，从而实现高效数据共享。由于无需数据拷贝，它是速度最快的IPC方式之一，但需要同步机制（如信号量、互斥锁）避免竞态条件。头文件为——<sys/sem.h>

2、共享内存的使用

创建共享内存：shmget

使用shmget()函数，通过唯一键值（key_t）创建或获取共享内存标识符。

int shmid = shmget((key_t)1234,128,IPC_CREAT|0600);//创建共享内存

建立映射：shmat；s可以访问内存空间

通过shmat()将共享内存映射到进程的虚拟地址空间。

char* s=(char*)shmat(shmid,NULL,0);//建立映射，s可以访问内存空间

断开映射：shmdt；s不可以访问内存空间

使用shmdt()解除映射，但内存段仍存在直至显式删除。

shmdt(s);//断开映射,s不可以访问内存空间

删除共享内存：shmctl

shmctl()用于删除（IPC_RMID）或查询状态。

 shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);//删除共享内存

3、共享内存操作

操作步骤：

引入信号量
p操作
v操作
销毁

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/sem.h>enum INDEX{SEM1 = 0,SEM2};union semun 
{int val;
};void sem_init();//初始化
void sem_p(int index);//p
void sem_v(int index);//v
void sem_destroy();

具体实现：

a.c文件

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/shm.h>
#include"sem.h"int main(){int shmid = shmget((key_t)1234,128,IPC_CREAT|0600);//创建共享内存if(-1==shmid){exit(1);}char* s=(char*)shmat(shmid,NULL,0);//建立映射，s可以访问内存空间if(s==(char*)-1){exit(1);}sem_init();while(1){printf("input\n");char buff[128]={0};fgets(buff,128,stdin);//从键盘获取数据sem_p(SEM1);strcpy(s,buff);//写入内存中sem_v(SEM2);if( strncmp(buff,"end",3) == 0){//比较字符串的前三个字符endbreak;}}//strcpy(s,"hello");//向共享内存写入helloshmdt(s);//断开映射,s不可以访问内存空间return 0;
}

b.c文件

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/shm.h>
#include"sem.h"int main(){int shmid = shmget((key_t)1234,128,IPC_CREAT|0600);if(-1==shmid){exit(1);}char* s=(char*)shmat(shmid,NULL,0);//建立映射，s可以访问内存空间if(s==(char*)-1){exit(1);}sem_init();while(1){sem_p(SEM2);if(strncmp(s,"end",3)==0){break;}printf("s=%s\n",s);sem_v(SEM1);sleep(1);}shmdt(s);//断开映射,s不可以访问内存空间shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);//删除共享内存sem_destroy();//销毁exit (0);}

sem.c文件

#include "sem.h"static int semid = -1;
#define SEM_NUM 2void sem_init()
{semid = semget((key_t)1234,SEM_NUM,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0600);//尝试全新创建if( -1 == semid )//新建失败，说明已存在{semid = semget((key_t)1234,SEM_NUM,0600);if( -1 == semid ){printf("semget err\n");}}else{int arr[SEM_NUM] = {1,0};for(int i = 0; i < SEM_NUM; i++){union semun a;a.val = arr[i];if( semctl(semid,i,SETVAL,a) == -1){printf("semctl setval err\n");}}}
}
void sem_p(int index){struct sembuf buf;buf.sem_num = index;buf.sem_op = -1;//pbuf.sem_flg = SEM_UNDO;//进程异常结束，系统会自动归还信号量if( semop(semid,&buf,1) == -1){printf("p err\n");}
}
void sem_v(int index)
{struct sembuf buf;buf.sem_num = index;buf.sem_op = 1;//vbuf.sem_flg = SEM_UNDO;if( semop(semid,&buf,1) == -1){printf("v err\n");}
}
void sem_destroy()
{if( semctl(semid,0,IPC_RMID) == -1){printf("sem destroy err\n");}
}

结果：

4、优缺点：

优点

高性能：直接内存访问，无数据拷贝。
适合大规模数据交换。

缺点

需手动同步，编程复杂度高。
系统崩溃可能导致数据不一致。

二、消息队列

1、概念

消息队列是一种异步通信机制，用于解耦生产者和消费者。生产者将消息发送到队列，消费者从队列中获取并处理消息，双方无需直接交互。这种模式适用于分布式系统、流量削峰、异步任务等场景。头文件为——<sys/msg.h>

2、消息队列的使用

创建消息队列：msgget

在Linux系统中，消息队列通常通过msgget系统调用创建。该函数需要指定一个键值（key）和一组标志（flags）。键值可以是IPC_PRIVATE或通过ftok生成的唯一键值。标志通常包括权限位（如0666）和IPC_CREAT。

int msgid=msgget((key_t)1234,IPC_CREAT|0600);

添加消息队列：msgsnd

消息通过msgsnd函数发送到队列。消息需要包含一个长整型的消息类型和实际数据。结构体需以long mtype开头，后面跟随数据内容。

msgsnd(msgid,(void*)&dt,128,0);

获取消息：msgrcv

消息通过msgrcv函数从队列中接收。接收时需要指定消息类型（msgtyp），若为0则接收队列中第一条消息。

//msgid消息队列id，dt接收数据存放的地点，128数据部分大小，0不区分类型，0标志位if(msgrcv(msgid,(void*)&dt,128,1,0)==-1){//接受消息类型为0，代表不区分消息类型exit(1);}

删除消息队列：msgctl

使用msgctl函数并指定IPC_RMID命令可以删除消息队列。

msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL)；

注意事项

消息队列是持久的，即使进程结束，队列仍会保留直到显式删除。
消息大小和队列容量受系统限制，可通过/proc/sys/kernel/msgmax和msgmnb查看。
权限设置需合理，避免未授权访问。

3、消息队列的操作

具体实现

main.c

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/msg.h>struct mess{long type;char buff[128];
};
int main(){int msgid=msgget((key_t)1234,IPC_CREAT|0600);if(msgid==-1){exit(1);}struct mess dt;dt.type=1;strcpy(dt.buff,"hello");msgsnd(msgid,(void*)&dt,128,0);
}

tset.c

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/msg.h>struct mess{long type;char buff[128];
};
int main(){int msgid=msgget((key_t)1234,IPC_CREAT|0600);if(msgid==-1){exit(1);}struct mess dt;//msgid消息队列id，dt接收数据存放的地点，128数据部分大小，0不区分类型，0标志位if(msgrcv(msgid,(void*)&dt,128,1,0)==-1){//接受消息类型为0，代表不区分消息类型exit(1);}printf("read=%s\n",dt.buff);//msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL);
}