进程间通信（IPC） 之 共享内存 和 闲扯其他一些东西

       其实，写这篇文章是带着多么激动的心情，终于没有bug，这一篇有好几处我还要在加强练习。在进程间通信（IPC），函数好多，好多都没有记住，查man的时候就特别烦，一大段一大段的英语，看的一个头有8个大，先来谝谝共享内存。

       先说说我理解，对于共享内存，我感觉这效率还是很高的，因为内核基本上说不干预，说的最好（IPC之中）也是可以的。像管道，消息队列这些都很依赖于内核，消息队列很多都是系统函数，对于调用系统函数，需要站在不同的角度说，调用系统函数好呀，快么，内核就像皇帝，系统调用就是宠妃，你要干个事，内核马上可以帮你处理好，但是另一角度，后宫佳丽3000人，每个佳丽都向皇上提出自己的要求，皇上估计要驾崩了吧，也就是说系统调用多的话，内核根本忙不过来，那么系统的效率也就低了，本来内核事情就多，能减少工作量就将少吧，内核不做，我们可以找库函数做阿，我们调用库函数，很多事情都让他做，只有少部分去库函数找找内核帮忙。库函数就相当于大臣。感觉这样说应该差不多吧。

       共享内存从字面意思都可以理解出来，大家都可以用吗？我只要知道确定ID，标识符，我就可以用，在这里还是扯一扯操作系统的一些知识，对于CPU而言，她永远看到都是都是虚拟地址，真正的物理内存地址她是看不到的，从虚地址到实际地址的转化是通过MMU，一个专门的转化地址的，这个就需要硬件支持了（至于为什么要用虚拟内存，而不用实际物理内存还是专门写一片博客吧，这里就不详细说了），那么对于每个进程而言，各自的虚拟地址空间（虚拟内存）相互之间都是不可见的，就算你知道别的进程假如某个变量的虚拟地址，拿过来没有一点用，还是看不到（现在都基本采用分页式），因为物理内存完全不知道在哪里。

        因此呢，我们搞一个共享内存出来，大家对于所有的进程都可以看见这片内存，那么大家都可以用，也就实现了通信。我们都应该知道进程的虚拟地址空间分布图吧，从高地址开始，比如有4G内存，其中1G是划分给内核的，其他3G给用户，内核的1G就是直接映射到所有的进程虚拟地址空间。而共享内存也是如此，你要用到这片内存的时候，调用shmat，直接映射到进程虚拟地址空间。原理就是这个样子吧！，这图太丑了，关键我的linux上没有画图工具，这么丑，情有可原吧

    

       我们现在用的是System V标准，不要去看posix标准了，了解一个就好。知道怎么回事。我简单和所下函数，因为这些函数网上博客中说的太多了，没必要在细说了.

     shmget    获取以俄国共享存储标识符

     shmctl     对共享存储段执行多种操作（查看状态，删除，复制）

     shmat     将共享内存映射到自己的进程空间

     shmdt      将共享内存分离出去

     我们可以利用   ipcs  -m  查看共享内存,其中那个0xabcd0001我自己创建的，对于其他几个键，其实人间是私有的，还有重要的一点忘记说了，一点私有的放在共享内存中其实挺好的，可以保存一些数据，一些配置文件比如nginx中的热部署，我直接写在共享内存中，修改配置文件我仅仅需要reload，而不需要把nginx重新启动一遍（对于服务器而言，重新启动一次压力是非常巨大的，对于一些公司，好几年应该才重新启动一次），进程死了的话，那么她的内存空间也就被释放了，内存的数据一点不剩，如果把一些重要的数据放在共享内存中，就算进程死了，重新启动进程我们还是可以从之前的进程读取出数据的，但是也要吐槽一下私有，说好的共享呢，你却私有了。

      前面的废话真是扯了好多了，也是够了吧。开始今天的代码之旅。对于代码而言，现在也是比较规范的，总是自我感觉良好。这个程序用练习了下共享内存，几个点也是特别的重要。such as：

 myinfo = (_procinfo *)((char *)pctl + sizeof(_pool_ctl)) + loop

这个就是把进程池结构体强制转化为char *加上进程池结构的大小，loop是按照（_procinfo *）大小移动的，这就计算出子进程在共享的位置，  其实我们在C语言中用到强制类型转化真是太多了，对于好的C程序猿来说，对于内存应该斤斤计较。举个简单的例子，读出一个int的地址, char *p = (char *)&x;然后p++循环4次就出来了，

#include <stdio.h>                                                                                                                                                           #include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <string.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>#include <signal.h>#include <sys/wait.h>#include <sys/types.h>#define SHMKEY_MAIN_NET 0xabcd0001#define POOLMAX   128      //最大子进程的数目#define IDLE      0        // 表示子进程空闲#define BUSY      1        // 表示子进程繁忙#define OK        0#define NG        -1#define   SIG_WAKEUP    SIGUSR1#define   SIG_END       SIGUSR2// 进程的信息typedef struct procinfo{     pid_t pid;     int isbusy;}_procinfo;//进程池的控制结构体typedef struct pool_ctl{       int        shmid;    // key值     int        procnum;  // 子进程个数     _procinfo  *info;    // 指向子进程的指针}_pool_ctl;_pool_ctl *pctl;int poolrun = 1;// 函数的接口void *shm_init(key_t key,void **maddr,size_t size);  // 共享内存的初始化void _sig_wake(int sig);void _sig_end(int sig);void _proc_start();                 // 接受信号的函数int make_pool();      // 创建进程池void do_serv();       // 给子进程发信号// 函数的实现void *shm_init(key_t key,void **maddr,size_t size){     int  shmid = -1;     void *addr = NULL;     if(maddr == NULL){        return NULL;     }             if(size > 0){         shmid = shmget(key,size,IPC_CREAT|0666);     }else{         shmid = shmget(key,0,0);     }          if(shmid < 0){        return NULL;    }        addr = shmat(shmid,NULL,0);    *maddr = addr;    if(maddr){         memset(maddr,0x00,size);    }    return addr;}//  三个信号的处理函数，这里面可以什么东西都不写void _sig_wake(int sig){        //just wake up}    void _sig_end(int sig){     poolrun = 0;     printf("got sig %d\n",getpid());}   //void _sig_int(int sig)//{    // ctrl + c  终止程序//}            //  三个注册信号的函数void _proc_start(){         if(signal(SIG_WAKEUP,_sig_wake) == SIG_ERR){          //error     }     if(signal(SIG_END,_sig_end) == SIG_ERR){          //error     }     if(signal(SIGINT,_sig_end) == SIG_ERR){          //error     }}   // 创建进程池int make_pool(){    pid_t chid = -1;    int loop = 0;    int rst = OK;    if(pctl == NULL){       return NG;    }        for(loop = 0; loop < pctl->procnum; loop++){         chid = fork();         if(chid < 0){            rst =NG;            break;         }else if(chid == 0){             _procinfo *myinfo = NULL;                      pctl = (_pool_ctl *)shm_init(SHMKEY_MAIN_NET,(void **)&pctl,0);             if(pctl == NULL){                  fprintf(stderr,"child pctl is NULL \n");                  exit(1);             }             //很重要，计算逻辑地址，这里需要强制类型转化             myinfo = (_procinfo *)((char *)pctl + sizeof(_pool_ctl)) + loop;             printf("child born [%d]\n",getpid());             while(poolrun){                 pause();                 myinfo->isbusy = BUSY;                 printf("%d I'm working\n",myinfo->pid);                 myinfo->isbusy = IDLE;             }             exit(0);         }else{              pctl->info[loop].pid = chid;         }           }                     return rst;  }   //  给子进程发信号void do_serv(){       int index = 0;             if(pctl->procnum <=  0){        printf("No sons\n");        return ;    }             while(poolrun){        index = (index + 1)% pctl->procnum;        if(pctl->info[index].isbusy == BUSY){             continue;        }        kill(pctl->info[index].pid,SIG_WAKEUP);        sleep(1);    }    for(index = 0;index < pctl->procnum; index++){        kill(pctl->info[index].pid,SIG_END);    }               index = 0;    while(index < pctl->procnum){        wait(NULL);        index++;    }       }   int main(int argc,char *argv[]){       int pnum = 0;    int rst  = NG;            if(argc < 1){        fprintf(stderr,"argc argv input error\n");        exit(1);    }            pnum = atoi(argv[1]);    if(pnum <= 0 || POOLMAX < pnum){        fprintf(stderr,"pnum  error\n");        exit(2);    }           //很重要    pctl = shm_init(SHMKEY_MAIN_NET,(void **)&pctl,                    sizeof(_pool_ctl) + pnum * sizeof(_procinfo));        if(pctl == NULL){        fprintf(stderr,"shm_init error\n");        exit(3);    }                   //很重要    pctl->info = (_procinfo *)((char *)pctl + sizeof(_pool_ctl));    pctl->procnum = pnum;            _proc_start();          rst = make_pool();        if(rst == OK){       do_serv();    }        return 0;}    

  对于上述程序的结果演示演示：

[root@localhost IPC]# ./pro_pool_shm    6

6就代表创建6个子进程

 重新打开一个终端，输入

<span style="font-size:18px;">[root@localhost IPC]# pstree -ap | grep pro_pool_shm</span>

   然后我在这个终端发送kill -12 7917， 第一个终端出现了

这个进程已经捕捉到用户自定义停止的信号，由got可以看出来，在got的下一行7917 I'm working 之后，再也不执行了，因为已经死了,可是却是僵尸进程，资源已经释放，可是PCB中的东西还在。如果我执行连续kill -10   7918那么他就一直唤醒执行。如果在主进程中，我ctrl + c 那么父进程收到终止信号，那么子进程也会收到的，这样才不会进程都会被终止，就像这个样子

  正常退出，也不会产生孤儿进程，如果我杀死父进程，那么他的儿子该进去孤儿院了，由1号进程收养，也就是会出现下面的样子

 

好了这就是今晚闲扯的淡，扯淡，如果有什么问题，哪里说的不对，欢迎指正，欢迎吐槽。