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嵌入式解谜日志之Linux操作系统—共享内存

news 2025/9/2 9:45:19

信号通信

概述
信号默认行为
行为说明
Term默认终止进程（如 SIGINT）
Ign默认忽略信号（如 SIGCHLD）
Core终止进程并生成core文件（可通过 gdb a.out -c core 调试，如 SIGSEGV）
Stop默认停止进程（如 SIGSTOP）
Cont默认继续进程（如 SIGCONT）

关键限制：9号（SIGKILL）和19号（SIGSTOP）信号不可捕获或忽略，只能执行默认操作

信号发送函数
kill(pid, sig)
int kill(pid_t pid, int sig);
raise(sig)
int raise(int sig);
alarm(seconds)
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
pause()
int pause(void);

功能：挂起进程执行，直到收到信号

signal(signum, handler)
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

典型用法：
signal(SIGINT, SIG_IGN); // 忽略Ctrl+C
signal(SIGALRM, handler); // 注册自定义闹钟处理

共享内存（System V IPC）

System V IPC对象

对象类型用途核心函数
共享内存（shm）高效进程间数据共享shmget, shmat, shmdt
信号量集（sem）进程同步控制semget, semop, semctl
消息队列（msg）结构化数据传递msgget, msgsnd, msgrcv
IPC对象操作通用流程

  1. 生成唯一键值

key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

常用管理命令
命令说明
ipcs -a查询所有IPC对象状态
ipcrm -m shmid删除指定ID的共享内存
ipcrm -s semid删除指定ID的信号量集
ipcrm -q msgid删除指定ID的消息队列
共享内存特性
写端程序
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>   // IPC常量定义
#include <sys/shm.h>   // 共享内存操作函数
#include <sys/types.h> // 系统数据类型
#include <unistd.h>    // POSIX标准函数int main(int argc, char **argv)
{// 生成唯一键值：当前目录路径 + '!'标识符key_t key = ftok("./", '!');if (-1 == key){perror("ftok");return 1;}printf("key is 0x%x\n", key); // 打印生成的键值// 创建共享内存：指定key/4096字节/创建权限int shmid = shmget(key, 4096, IPC_CREAT | 0666);if (-1 == shmid){perror("shmid");return 1;}// 映射共享内存到进程地址空间（可读写）void *p = shmat(shmid, NULL, !SHM_RDONLY);if ((void *)-1 == p){perror("shmat");return 1;}// 准备测试数据并写入共享内存char buf[] = "hello,this is shm test";memcpy(p, buf, strlen(buf)); // 复制有效字符串内容// 撤销地址映射shmdt(p);return 0;
}

理想运行结果：

key is 0x210217b3  // 键值因系统环境而异

执行说明：成功写入数据后立即退出，无输出错误信息

读端：

    #include <stdio.h>      // 标准输入输出函数（printf等）
#include <stdlib.h>     // 标准库函数（exit等）
#include <string.h>     // 字符串操作函数（memcpy等）
#include <sys/ipc.h>    // IPC（进程间通信）相关定义（key_t等）
#include <sys/shm.h>    // 共享内存相关函数（shmget、shmat等）
#include <sys/types.h>  // 基本系统数据类型（pid_t等）
#include <unistd.h>     // 系统调用函数（fork、sleep等）int main(int argc, char **argv)
{// 1. 生成共享内存的唯一标识键值（key）// ftok函数：根据路径和项目ID生成key，相同参数生成相同key// 参数1：存在的文件路径（用于确保唯一性）// 参数2：项目ID（0-255之间的字符，用于区分同一目录下的不同IPC对象）key_t key = ftok("./", '!');if (-1 == key)  // 生成key失败{perror("ftok");  // 打印错误信息（如文件不存在）return 1;        // 非0退出表示程序异常}printf("key is 0x%x\n", key);  // 打印生成的16进制key值// 2. 创建或获取共享内存段// shmget函数：创建新的共享内存或获取已存在的共享内存// 参数1：key值（标识共享内存）// 参数2：共享内存大小（字节），4096是常见的页大小倍数// 参数3：标志位，IPC_CREAT表示不存在则创建；0666是权限（rwxrwxrwx）int shmid = shmget(key, 4096, IPC_CREAT | 0666);if (-1 == shmid)  // 创建/获取共享内存失败{perror("shmget");  // 打印错误信息（如权限不足、内存已满）return 1;}// 3. 将共享内存附加到当前进程的地址空间// shmat函数：将共享内存映射到进程的虚拟地址空间，返回映射后的指针// 参数1：共享内存标识符（shmid）// 参数2：指定映射地址（NULL表示由系统自动分配）// 参数3：访问权限，!SHM_RDONLY表示可读可写（SHM_RDONLY为只读）void *p = shmat(shmid, NULL, !SHM_RDONLY);if ((void *)-1 == p)  // 附加共享内存失败{perror("shmat");  // 打印错误信息（如权限不足）return 1;}// 4. 读取共享内存中的数据char buf[4096] = {0};  // 本地缓冲区，用于存储从共享内存读取的数据// memcpy：内存复制函数，将共享内存的数据复制到本地缓冲区// 参数1：目标地址（本地buf）// 参数2：源地址（共享内存指针p）// 参数3：复制的字节数（buf的大小，确保不越界）memcpy(buf, p, sizeof(buf));printf("从共享内存读取到的数据：%s\n", buf);  // 打印读取到的数据// 5. 解除共享内存与当前进程的关联// shmdt函数：分离共享内存，仅断开映射关系，不删除共享内存本身shmdt(p);// 6. （可选）删除共享内存段// 注释说明：取消注释后，程序退出时会彻底删除共享内存// 注意：若有其他进程正在使用该共享内存，删除后可能导致错误// shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);return 0;  // 0退出表示程序正常结束
}

    理想运行结果（需先运行写端）：

    key is 0x210217b3
buf hello,this is shm test

    读阻塞模拟方案

    核心机制
    读端代码（带阻塞控制）
    #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>   // IPC常量
#include <sys/shm.h>   // 共享内存操作
#include <sys/types.h> // 系统类型
#include <unistd.h>    // POSIX函数
#include <signal.h>    // 信号处理// SIGCONT信号处理函数（空实现）
void myhandle(int num)
{// 仅用于覆盖默认行为，确保pause()可被唤醒
}int main(int argc, char **argv)
{// 注册SIGCONT信号处理signal(SIGCONT, myhandle);// 生成唯一键值（与写端一致）key_t key = ftok("./", '!');if (-1 == key){perror("ftok");return 1;}printf("key is 0x%x\n", key);// 创建/获取共享内存段int shmid = shmget(key, 4096, IPC_CREAT | 0666);if (-1 == shmid){perror("shmid");return 1;}// 附加共享内存（可读写）void *p = shmat(shmid, NULL, !SHM_RDONLY);if ((void *)-1 == p){perror("shmat");return 1;}// 存储自身PID到共享内存首部pid_t pid = getpid();*(int*)p = pid;printf("recv, pid:%d\n", pid); // 显示读端PID// 核心阻塞点：等待SIGCONT信号pause();// 信号唤醒后读取数据char buf[4096] = {0};memcpy(buf, p, sizeof(buf));printf("buf %s\n", buf); // 显示接收内容// 撤销映射shmdt(p);return 0;
}
    写端代码（带唤醒功能）
    #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>int main(int argc, char **argv)
{// 生成相同键值key_t key = ftok("./", '!');if (-1 == key){perror("ftok");return 1;}printf("key is 0x%x\n", key);// 获取已有共享内存int shmid = shmget(key, 4096, IPC_CREAT | 0666);if (-1 == shmid){perror("shmid");return 1;}// 附加共享内存void *p = shmat(shmid, NULL, !SHM_RDONLY);if ((void *)-1 == p){perror("shmat");return 1;}// 读取读端PID（共享内存首部）pid_t pid = 0;memcpy(&pid, p, sizeof(pid));printf("kill, recv pid:%d\n", pid);// 准备测试消息并写入char buf[] = "hello,this is shm test";memcpy(p, buf, strlen(buf));// 撤销映射shmdt(p);// 发送SIGCONT唤醒读端kill(pid, SIGCONT);return 0;
}
    执行流程与理想结果
    执行顺序

    1. 先启动读端：

      • 生成共享内存键值
      • 存储自身PID
      • 主动挂起（pause() 阻塞）

    2. 再启动写端：

      • 获取共享内存
      • 读取读端PID
      • 写入测试消息
      • 发送唤醒信号

    3. 读端被唤醒：

      • 继续执行
      • 读取共享数据
      • 正常退出
    终端输出

    读端终端（先运行）：

    key is 0x210217b3
recv, pid:12345
buf hello,this is shm test

    关键行为：输出 recv, pid:12345 后进程挂起，收到信号后继续执行

    写端终端（后运行）：

    key is 0x210217b3
kill, recv pid:12345

    关键行为：成功获取PID并发送唤醒信号后立即退出

    验证要点
    ✅ 阻塞效果：读端在 pause() 处明确阻塞
    ✅ 信号同步：SIGCONT 确保读端仅在数据就绪后执行
    ✅ 数据一致性：消息完整传递（写端未写入 \0 但缓冲区初始化为零）
    ⚠️ 典型错误：
    先运行写端 → 读取无效PID（0）导致 kill(0, SIGCONT) 失败
    缺少信号处理函数 → pause() 永久挂起

    http://www.dtcms.com/a/361794.html

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