Linux共享内存和信号灯实现进程同步

在Linux中，共享内存和信号量都是用来实现进程间通信和同步的机制。

共享内存是指多个进程可以访问同一块物理内存，这就允许多个进程可以共享数据，从而实现数据的共享和同步。共享内存的使用需要注意进程间的互斥和同步问题，否则会出现数据竞争等问题。

信号量是一种计数器，用于同步不同进程之间的访问。每个进程需要在访问共享资源之前获取信号量，如果信号量的计数器为0，则进程会被阻塞，直到其他进程释放了资源并增加了信号量计数器的值。当进程完成对资源的访问后，它需要释放信号量，这样其他进程才能获取资源并继续执行。

下面是一个简单的使用共享内存和信号量实现进程同步的示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
#include <string.h>

#define SHM_SIZE 1024
#define SEM_KEY 1234

union semun {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
};

int main(int argc, char *argv[]) {
    int shmid, semid;
    char *shmaddr;
    union semun semarg;
    struct sembuf sembuf = {0, -1, SEM_UNDO}; //wait操作
    struct sembuf sembuf2 = {0, 1, SEM_UNDO}; //signal操作

    //创建共享内存
    if ((shmid = shmget(IPC_PRIVATE, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0666)) == -1) {
        perror("shmget");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    //附加共享内存到进程地址空间
    if ((shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0)) == (void *) -1) {
        perror("shmat");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    //创建信号量
    if ((semid = semget(SEM_KEY, 1, IPC_CREAT | 0666)) == -1) {
        perror("semget");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    //设置信号量初始计数为1
    semarg.val = 1;
    if (semctl(semid, 0, SETVAL, semarg) == -1) {
        perror("semctl");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    pid_t pid = fork();

    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    } else if (pid == 0) { //子进程写入共享内存
        strncpy(shmaddr, "hello", SHM_SIZE);

        //等待信号量
        semop(semid, &sembuf, 1);

        printf("child process read from shared memory: %s\n", shmaddr);

        //释放信号量
        semop(semid, &sembuf2, 1);

        //解除共享内存的附加
        if (shmdt(shmaddr) == -1) {
            perror("shmdt");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        //删除共享内存
        if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
            perror("shmctl");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        //删除信号量
        if (semctl(semid, 0, IPC_RMID, semarg) == -1) {
            perror("semctl");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        exit(EXIT_SUCCESS);
    } else { //父进程读取共享内存
        sleep(2);

        //等待信号量
        semop(semid, &sembuf, 1);

        printf("parent process read from shared memory: %s\n", shmaddr);

        //释放信号量
        semop(semid, &sembuf2, 1);

        //解除共享内存的附加
        if (shmdt(shmaddr) == -1) {
            perror("shmdt");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        exit(EXIT_SUCCESS);
    }

    return 0;
}

在上述代码中，我们首先创建了一个大小为1024字节的共享内存和一个计数器初始值为1的信号量。子进程向共享内存写入数据，等待父进程读取数据完成后才能释放信号量；父进程则等待子进程写入数据，获取到信号量后读取数据并释放信号量。最后，我们删除共享内存和信号量。