Linux 프로세스 간 통신을 구현하는 방법

공유 메모리

• 공유 메모리는 가장 유용한 프로세스 간 통신 방법이자 가장 빠른 형태의 IPC라고 할 수 있습니다. 서로 다른 두 프로세스 A와 B가 메모리를 공유한다는 것은 동일한 물리적 메모리가 매핑된다는 의미입니다. 프로세스 A와 B의 각 프로세스 주소 공간에 대해 프로세스 A는 동시에 프로세스 B의 공유 메모리에 있는 데이터 업데이트를 볼 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

• 여러 프로세스가 동일한 메모리 영역을 공유하므로 일종의 동기화 메커니즘, 뮤텍스 잠금 및 세마포어가 필요합니다.

이점: 효율성이 높으며 프로세스는 데이터를 복사하지 않고 메모리를 직접 읽고 쓸 수 있으며, 파이프 및 메시지 큐와 같은 통신 방법에는 커널 및 사용자 공간에 4개의 데이터 복사본이 필요합니다.

매핑을 해제할 때만 공유 메모리의 내용이 기념됩니다.

공유 메모리는 커널 개체를 사용하여 서로 다른 프로세스가 자신의 가상 주소 공간에 공간을 할당하고 이를 동일한 물리적 메모리 공간에 매핑할 수 있도록 합니다. 메모리 공간은 매핑된 모든 프로세스에서 액세스할 수 있습니다. (중요 리소스)

공유 메모리는 관련되지 않은 두 프로세스가 동일한 논리 메모리에 액세스할 수 있도록 허용합니다.

공유 메모리는 실행 중인 두 프로세스 간에 데이터를 공유하고 전송하는 매우 효율적인 방법입니다.

서로 다른 프로세스 간에 공유되는 메모리는 일반적으로 동일한 물리적 메모리 조각으로 배열됩니다.

프로세스는 공유 메모리의 동일한 세그먼트를 자체 주소 공간에 연결할 수 있으며 모든 프로세스는 C 언어 함수 malloc()을 사용하여 할당된 메모리인 것처럼 공유 메모리의 주소에 액세스할 수 있습니다.

그리고 프로세스가 공유 메모리에 데이터를 쓰는 경우 변경 사항은 동일한 공유 메모리에 액세스할 수 있는 다른 프로세스에 즉시 영향을 미칩니다.

mmap() 및 관련 시스템 호출

mmap은 사용자 공간에서 호출되도록 Linux 운영 체제에서 제공하는 메모리 매핑 기능으로, 프로세스 간 메모리 공유를 완료하고 사용자 모드를 줄이는 데 사용할 수 있다는 것만 알고 있는 사람이 많습니다. 하지만 mmap() 시스템 호출을 사용하여 운영 체제 내에서 mmap이 구현되는 방식과 원리가 무엇인지에 대한 심층적인 이해는 없습니다. 일반 파일. 일반 파일이 프로세스 주소 공간에 매핑된 후 프로세스는 읽기 및 쓰기 작업을 호출하지 않고도 일반 메모리처럼 파일에 액세스할 수 있습니다.

참고:

mmap은 IPC용으로 완전히 설계된 것은 아니며 단지 IPC의 응용 방법일 뿐입니다. 이는 일반 메모리에 액세스하는 것처럼 일반 파일에 액세스하는 방법을 제공합니다.

특수 권한 집합이 있는 가상 메모리 세그먼트를 사용하여 달성됩니다. 이러한 종류의 가상 메모리 세그먼트를 읽거나 쓸 때 운영 체제는 해당 디스크 파일 부분을 읽고 씁니다.

mmap 함수는 열린 파일 설명자를 통해 액세스할 수 있는 파일 내용과 관련된 메모리 영역에 대한 포인터를 생성합니다.

는 다음과 같이 설명됩니다.

mmap()

#include <sys/mman.h>

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

은 오프셋 매개변수로 전달될 수 있습니다. 공유 메모리 세그먼트를 통해 접근하는 파일의 데이터 시작 오프셋 값을 변경합니다.

열린 파일 설명자는 fd 매개변수에 의해 제공됩니다.

액세스할 수 있는 데이터의 양(즉, 메모리 세그먼트의 길이)은 길이 매개변수에 의해 설정됩니다.

addr 매개변수를 통해 특정 메모리 주소의 사용을 요청할 수 있습니다. 값이 0이면 결과 포인터가 자동으로 할당됩니다. 이 방법을 따르지 않으면 사용 가능한 주소 범위가 시스템마다 다르기 때문에 프로그램의 이식성이 줄어듭니다.

prot 매개변수는 메모리 세그먼트의 액세스 권한을 설정하는 데 사용됩니다. 다음 상수 값을 비트 단위로 OR한 결과입니다. ​​

PROT_READ 메모리 세그먼트를 읽을 수 있습니다.

• PROT_WRITE 메모리 세그먼트에 쓰기가 가능합니다.

• PROT_EXEC 메모리 세그먼트는 실행 가능합니다.

• PROT_NONE 메모리 세그먼트에 액세스할 수 없습니다.

• flags 매개변수는 프로그램에 의한 메모리 세그먼트 변경의 영향을 제어합니다.

mmap()은 메모리 양을 공유하는 데 사용되며 두 가지 방법은 다음과 같습니다.

메모리 매핑 사용 일반 파일에서 제공, 모든 프로세스 간에 적용 가능, 이 방법을 사용하려면 먼저 파일을 열거나 생성한 다음 ngmmap을 호출해야 합니다.

fd = open(name.falg.mode);
if(fd < 0)
ptr = mmap(NULL,len.PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);

使用特殊文件提供的内存映射，适用于具有亲缘关系的进程之间，由于父子进程特殊的亲缘关系，在父进程中先调用mmap，调用fork，那么在代用fork之后，子进程可以继承父进程匿名映射后的地址空间，同样也继承mmap返回的地址，这样父子进程就可以通过映射区域进行通信了。（注意：一般来说，子进程单独维护从父进程继承而来的一些变量，而mmap（）返回的地址由父子进程共同维护）【具体使用实现敬请期待博主整理】

munmap()

用于解除内存映射，取消参数start所指的映射内存的起始地址，参数length则是欲取消的内存大小，当进程结束或者利用exec相关函数来执行其他程序时，映射内存会自动解除，但关闭对应的文件描述符时不会解除映射。

#include <sys/mman.h>

int munmap(void *addr, size_t length);

共享内存的使用

与信号量一样，在Linux中也提供了一组函数接口用于使用共享内存，而且使用共享共存的接口还与信号量的非常相似，而且比使用信号量的接口来得简单。它们声明在头文件 sys/shm.h 中。 

1.获取或创建内核对象，并且制定共享内存的大小（系统分配物理空间是，按照页进行分配）

int shmget(key_t key, int size, int flag);

只是创建内核对象，并申请物理空间

• key_t key：与信号量的semget函数一样，程序需要提供一个参数key（非0整数），它有效地为共享内存段命名，不同的进程通过相同的key值来访问同一块共享内存

• int size：size以字节为单位指定需要共享的内存容量

• int flag：falg是权限标志，它的作用与open函数的mode参数一样，如果要想在key标识的共享内存不存在时，创建它的话，可以与IPC_CREAT做或操作。共享内存的权限标志与文件的读写权限一样，举例来说，0644,它表示允许一个进程创建的共享内存被内存创建者所拥有的进程向共享内存读取和写入数据，同时其他用户创建的进程只能读取共享内存。

返回值

• 调用成功后，shmget()函数会返回一个非负整数，用作后续共享内存函数的共享内存标识符，该标识符与key相关。

• 调用失败返回-1.

2.分配自己虚拟地址空间映射到共享内存的物理空间上

void *shmat(int shmid,const void *addr, int flag);

• shmid：shmid是由shmget()函数返回的共享内存标识。

• void *addr：addr指定共享内存连接到当前进程中的地址位置，通常为NULL，表示让系统来选择共享内存的地址。

• int flag：flag是一组标志位，通常为0。

调用成功时返回一个指向共享内存第一个字节的指针，如果调用失败返回-1.

3.断开当前进程与共享内存的映射

不使用删除而使用断开的原因是因为：也许还存在其他的进程会继续使用这块共享内存

int shmdt(const void *addr);

4.操作共享内存的方法

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_t *buf);

• int shmid:shmid是shmget()函数返回的共享内存标识符。

• int cmd:command是要采取的操作，它可以取下面的三个值 ：

IPC_STAT：把shmid_ds结构中的数据设置为共享内存的当前关联值，即用共享内存的当前关联值覆盖shmid_ds的值。

IPC_SET：如果进程有足够的权限，就把共享内存的当前关联值设置为shmid_ds结构中给出的值

IPC_RMID：删除共享内存段

• struct shmid_t *buf:buf是一个结构指针，它指向共享内存模式和访问权限的结构

因为有连接计数器，除非最后一个进程与该共享段断开连接，则删除该共享段。否则，并不会真正删除该共享段，但是共享内存的内核对象会被立即删除，不能使用shmat方法与该段连接。 

一个进程调用该方法删除后，不会影响之前已经和该共享存储段连接的进程

下面我们利用共享内存来进行一个简单的测试：

完成下面的过程，

成功在共享内存中读到了数据

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>

#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>

#include"sem.h"

#define READSEM 1
#define WRITESEM 0

int main()
{
	int shmid = shmget((key_t)1234,128,0664 | IPC_CREAT);
	assert(shmid != -1);

	char *ptr = (char*)shmat(shmid,NULL,0);
	assert(ptr != (char*)-1);
	
	int initVal[] = {1,0};
	int semid = SemGet(1234,intVal,2);
	assert(semid != -1);
	
	//A进程写
	while(1)
	{
		SemP(semid,WRITESEM);
		printf("Input:");
		
		fgets(ptr,127,stdin);
		
		SemV(semid,READSEM);
		
		if(strncmp(ptr,"end",3) == 0)
		{
			break;
		}
	}
	
	shmdt(ptr);
	exit(0);
}

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>

#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>

#include"sem.h"

#define READSEM 1
#define WRITESEM 0

int main()
{
	int shmid = shmget((key_t)1234,128,0664 | IPC_CREAT);
	assert(shmid != -1);

	char *ptr = (char*)shmat(shmid,NULL,0);
	assert(ptr != (char*)-1);
	
	int initVal[] = {1,0};
	int semid = SemGet(1234,intVal,2);
	assert(semid != -1);
	
	//B进程读
	while(1)
	{
		SemP(semid,READSEM);
		
		if(strncmp(ptr,"end",3) == 0)
		{
			break;
		}
		
		int i = 0;
		for(;i < strlen(ptr) - 1;i++)
		{
			printf("%c",toupper(ptr[i]));
			fflush(stdout);
			sleep(1);
		}
		printf("\n");
		SemV(semid,WRITESEM);
	}
	
	shmdt(ptr);
	exit(0);
}

从上面的代码中我们可以看出： 

共享内存是最快的IPC，在通信过程中少了两次数据的拷贝。（相较于管道）

命令管理共享内存

• 查看 ipcs -m

• 删除 ipcrm -m shmid

위 내용은 Linux 프로세스 간 통신을 구현하는 방법의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!