Linux环境编程基础
静态库和动态库
静态库和动态库
在实际开发中，我们把通用的函数和类分文件编写，称之为库。在其它的程序中，可以使用库中的函数和类。
一般来说，通用的函数和类不提供源代码文件（安全性、商业机密），而是编译成二进制文件。
库的二进制文件有两种：静态库和动态库。
静态库和静态链接
程序在编译时会把库文件的二进制代码链接到目标程序中，这种方式称为静态链接。
如果多个程序中用到了同一静态库中的函数或类，就会存在多份拷贝。
- 静态库的链接是在编译时期完成的，执行的时候代码加载速度快。
- 目标程序的可执行文件比较大，浪费空间
- 程序的更新和发布不方便，如果某一个静态库更新了，所有使用它的程序都需要重新编译。
举个例子
public 实现通用函数和类，在demo01 中调用
1 一起编译
2 先静态库（二进制文件）
使用方式1（不推荐）
使用方式2 （L目录 l库名）
动态库和动态链接
程序在编译时不会把库文件的二进制代码链接到目标程序中，而是在运行时候才被载入。
如果多个进程中用到了同一动态库中的函数或类，那么在内存中只有一份，避免了空间浪费问题。
- 程序在运行的过程中，需要用到动态库的时候才把动态库的二进制代码载入内存。
- 可以实现进程之间的代码共享，因此动态库也称为共享库。
- 程序升级比较简单，不需要重新编译程序，只需要更新动态库就行了。
制作
使用
动态库 + 源代码 一起编译
规范方法
对比
如果动态库和静态库同时存在，编译器将优先使用动态库。
makefile
总体说明
tab键
1 使用 make 增量编译 tools 目录下
2 分别在tool 和 api make 然后一起编译（添加api到环境遍历）
指定头文件路径
app 下 makefile 文件
如何优化？
使用变量
main 函数
如何传入参数
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc,char *argv[],char *envp[])
{
if (argc!=4)
{
cout << "表白神器程序的使用方法：./demo 追求者姓名 被追求者姓名 表白内容\n";
return -1;
}
cout << argv[1] << "开始向" << argv[2] << "表白。\n";
cout << argv[3] << endl;
cout << argv[1] << "表白完成。\n";
return 0;
cout << "一共有" << argc << "个参数。\n";
// 显示全部的参数。
for (int ii=0;ii<argc;ii++)
{
cout << "第" << ii << "个参数：" << argv[ii] << endl;
}
// 显示全部的环境变量。
for (int ii=0;envp[ii]!=0;ii++) // 环境变量数组最后一个元素是0。
{
cout << envp[ii] << endl;
}
// 设置环境变量AA。
setenv("AA","aaaa",0);
// 显示环境变量AA的值。
cout << "AA=" << getenv("AA") << endl;
return 0;
}
gdb 调试
运行到 line 17 停止
到第二个断点停止
手动改 ii 的值
core dump
段错误
运行core文件，显示在第八行挂了
函数调用栈
调试运行程序
找到进程 进行调试
Linux 时间操作
创建进程
一、Linux的0、1和2号进程
整个Linux系统的进程形成了一颗树形结构。以下是一些重要的进程：
- 0号进程（系统进程）： 所有进程的祖先，创建了1号和2号进程。
- 1号进程（systemd）： 负责执行内核的初始化工作和进行系统配置。
- 2号进程（kthreadd）： 负责所有内核线程的调度和管理。
可以使用 pstree -p 进程编号 命令查看进程树。
二、进程标识
每个进程都有一个唯一的非负整数表示的进程ID。重要的系统调用包括：
pid_t getpid(void);：获取当前进程的ID。pid_t getppid(void);：获取父进程的ID。
什么是系统调用？
系统调用是操作系统提供给用户程序的接口，用于访问操作系统的核心功能和资源。通过系统调用，用户程序可以请求执行特权操作，如文件操作、进程控制、内存管理、网络通信等。它是用户程序与操作系统内核之间的通信方式，允许应用程序利用操作系统提供的服务完成各种任务。
它会产生什么开销？程序员在编码时是否需要考虑它？
系统调用会引入一定的开销，因为它涉及从用户空间切换到内核空间，执行特权操作，并最终返回结果。这个过程需要上下文切换、参数传递、权限检查等步骤，因此相比于用户空间的普通函数调用，系统调用通常较为耗时。
程序员在编码时需要考虑系统调用的开销，尤其是在编写性能关键的应用程序时。以下是一些建议：
减少系统调用次数： 尽量减少不必要的系统调用，可以通过优化算法、缓存数据、合并文件操作等方式来减少系统调用的频率。
批量操作： 将多个操作合并为一个系统调用，而不是多次单独调用。例如，通过一次读取或写入大块数据，而不是多次读取或写入小块数据，以减少系统调用的开销。
异步和事件驱动： 使用异步操作或事件驱动模型，以充分利用系统资源，减少等待系统调用完成的时间。
合理使用缓存： 缓存可以减少对文件或数据的重复读取，从而减少对系统调用的依赖。
三、fork()函数
一个现有的进程可以调用fork()函数创建一个新的进程。pid_t fork(void);
由fork()创建的新进程被称为子进程。子进是父进程的副本，父进程和子进程都从调用fork()之后的代码开始执行。
fork()函数被调用一次，但返回两次。两次返回的区别是子进程的返回值是0，而父进程的返回值则是子进程的进程ID。所以可以根据返回值的不同，让两个进程执行不同的代码。
子进程获得了父进程数据空间、堆和栈的副本（注意：子进程拥有的是副本，不是和父进程共享）。
*多线程中共享数据空间、堆和栈。
*那变量地址为什么相同？
虚拟地址相同，物理地址不同
理论上来说，父进程和子进程的变量地址是相同的，但实际上，这个地址是虚拟地址，而不是物理地址。虚拟地址是由操作系统管理的，它对应着真正的物理地址。
在 fork() 的写时复制机制下，当父进程或子进程尝试修改这个共享的变量时，操作系统会复制相应的数据页，确保父子进程各自有一份独立的数据，从而避免相互干扰。
所以，虽然变量的虚拟地址看起来是相同的，但实际上它们对应的物理地址可能是不同的，因为操作系统在必要时会进行复制，保证了进程间的独立性。这种机制确保了在写入数据时才会发生实际的数据复制，避免了不必要的性能开销。
fork()之后，父进程和子进程的执行顺序是不确定的。
在 fork() 之后，父进程和子进程的执行顺序是不确定的，因为操作系统的调度机制决定了哪个进程首先被执行。这是由于父子进程是独立的进程，它们在执行时互相不受影响，操作系统可以在任何时刻切换执行权。
在多线程编程中，同样存在执行顺序不确定的问题。不同于进程的独立地址空间，线程共享同一地址空间，因此它们能够直接访问共享的数据。线程调度由操作系统内核负责，而线程之间的调度是非确定性的。
多线程编程中的线程调度可能受到很多因素的影响，比如操作系统的调度策略、线程的优先级等。因此，多线程程序中，各个线程的执行顺序是不确定的。
在多线程和多进程编程中，如果涉及到共享资源，需要使用同步机制来确保数据的一致性和正确性，比如互斥锁、信号量等。
#include <iostream>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main()
{
int bh = 8;
string message = "我是一只傻傻鸟。";
pid_t pid = fork();
if (pid > 0)
{
// 父进程将执行这段代码。
sleep(1);
cout << "父：pid=" << pid << endl;
cout << "父：亲爱的" << bh << "号：" << message << endl;
}
else
{
// 子进程将执行这段代码。
bh = 3; message = "你是一只傻傻鸟。";
cout << "子：pid=" << pid << endl;
cout << "子：亲爱的" << bh << "号：" << message << endl;
}
return 0;
}
四、fork()的两种用法
1）父子进程执行不同代码： 在网络服务程序中常见，父进程等待客户端连接请求，当请求到达时，父进程调用fork()，让子进程处理请求，而父进程继续等待下一个连接请求。
2）执行另一个程序： 子进程从fork()返回后调用exec。在Shell中常见。
exec函数族提供了一种在进程中调用程序（二进制文件或Shell脚本）的方法。
#include <iostream>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main()
{
if (fork() > 0)
{
// 父进程将执行这段代码。
while (true)
{
sleep(1);
cout << "父进程运行中...\n";
}
}
else
{
// 子进程将执行这段代码。
sleep(10);
cout << "子进程开始执行任务...\n";
execl("/bin/ls", "/bin/ls", "-lt", "/tmp", 0);
cout << "子进程执行任务结束，退出。\n";
}
return 0;
}
五、共享文件
父进程和子进程通过fork()共享打开的文件描述符，包括文件偏移量。如果同时写入同一描述符指向的文件，输出可能相互混合。
示例代码：
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main()
{
ofstream fout;
fout.open("/tmp/tmp.txt");
fork();
for (int ii = 0; ii < 10000000; ii++)
{
fout << "进程" << getpid() << "西施" << ii << "极漂亮" << "\n";
}
fout.close();
return 0;
}
六、vfork()函数
vfork()函数用于创建一个新进程，该新进程的目的是执行exec一个新程序。与fork()不同，vfork()不复制父进程的地址空间。子进程会立即调用exec，因此不使用父进程的地址空间。
vfork()保证子进程先运行，在子进程调用exec或exit()之后，父进程才恢复运行。
僵尸进程
如果父进程比子进程先退出，子进程将被1号进程托管（这也是一种让程序在后台运行的方法）。
如果子进程比父进程先退出，而父进程没有处理子进程退出的信息，那么，子进程将成为僵尸进程。
僵尸进程有什么危害？内核为每个子进程保留了一个数据结构，包括进程编号、终止状态、使用CPU时间等。父进程如果处理了子进程退出的信息，内核就会释放这个数据结构，父进程如果没有处理子进程退出的信息，内核就不会释放这个数据结构，子进程的进程编号将一直被占用。系统可用的进程编号是有限的，如果产生了大量的僵尸进程，将因为没有可用的进程编号而导致系统不能产生新的进程。
如何避免？
1）子进程退出的时候，内核会向父进程发头SIGCHLD信号，如果父进程用signal(SIGCHLD,SIG_IGN)通知内核，表示自己对子进程的退出不感兴趣，那么子进程退出后会立即释放数据结构。
2）父进程通过wait()/waitpid()等函数等待子进程结束，在子进程退出之前，父进程将被阻塞待。
情况1
#include <iostream>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main()
{
if (fork()>0)
{ // 父进程将执行这段代码。
while (true)
{
sleep(20);
cout << "父进程运行中...\n";
return 0;
}
}
else
{ // 子进程将执行这段代码。
for (int ii = 0; ii < 100; ++ii) {
cout << "子进程继续运行中。" << endl;
sleep(1);
}
// sleep(10);
// cout << "子进程开始执行任务...\n";
// execl("/bin/ls","/bin/ls","-lt","/tmp",0);
// cout << "子进程执行任务结束，退出。\n";
}
}
20s后
情况2
获取子进程的退出信息
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
using namespace std;
void func(int sig) // 子进程退出的信号处理函数。
{
int sts;
pid_t pid = wait(&sts);
cout << "已终止的子进程编号是：" << pid << endl;
if (WIFEXITED(sts)) { cout << "子进程是正常退出的，退出状态是：" << WEXITSTATUS(sts) << endl; }
else { cout << "子进程是异常退出的，终止它的信号是：" << WTERMSIG(sts) << endl; }
}
int main()
{
signal(SIGCHLD,func); // 捕获子进程退出的信号。
if (fork() > 0)
{ // 父进程的流程。
while (true)
{
cout << "父进程忙着执行任务。\n";
sleep(1);
}
}
else
{ // 子进程的流程。
sleep(5);
// int *p=0; *p=10;
exit(0);
}
}产生内存泄露的情况
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
using namespace std;
void func(int sig) // 子进程退出的信号处理函数。
{
int sts;
pid_t pid = wait(&sts); // 调用子进程退出的信息
cout << "已终止的子进程编号是：" << pid << endl;
if (WIFEXITED(sts)) { cout << "子进程是正常退出的，退出状态是：" << WEXITSTATUS(sts) << endl; }
else { cout << "子进程是异常退出的，终止它的信号是：" << WTERMSIG(sts) << endl; }
}
int main()
{
signal(SIGCHLD,func); // 捕获子进程退出的信号。
if (fork() > 0)
{ // 父进程的流程。
while (true)
{
cout << "父进程忙着执行任务。\n";
sleep(1);
}
}
else
{ // 子进程的流程。
//sleep(5);
int *p=0; *p=10;
exit(0);
}
}多进程和信号
Linux操作系统提供了kill和killall命令向进程发送信号，在程序中，可以用kill()函数向其它进程发送信号。
函数声明：
int kill(pid_t pid, int sig);
kill()函数将参数sig指定的信号给参数pid?指定的进程。
参数pid?有几种情况：
1）pid>0 将信号传给进程号为pid 的进程。
2）pid=0 将信号传给和当前进程相同进程组的所有进程，常用于父进程给子进程发送信号，注意，发送信号者进程也会收到自己发出的信号。
3）pid=-1 将信号广播传送给系统内所有的进程，例如系统关机时，会向所有的登录窗口广播关机信息。
sig：准备发送的信号代码，假如其值为0则没有任何信号送出，但是系统会执行错误检查，通常会利用sig值为零来检验某个进程是否仍在运行。
返回值说明： 成功执行时，返回0；失败返回-1，errno被设置。
在多进程的服务程序中，如果子进程收到退出信号，子进程自行退出，
如果父进程收到退出信号，则应该先向全部的子进程发送退出信号，然后自己再退出。
- 在循环中使用
signal(SIGTERM, FathEXIT);和signal(SIGINT, FathEXIT);设置了父进程的信号处理函数。这表示当父进程接收到SIGTERM或SIGINT信号时，将执行FathEXIT函数。 - 在父进程和子进程中，使用
signal(SIGTERM, ChldEXIT);设置了子进程的信号处理函数。这表示当子进程接收到SIGTERM信号时，将执行ChldEXIT函数。 - 在子进程中，使用
signal(SIGINT, SIG_IGN);忽略了SIGINT信号，即子进程不处理SIGINT信号。 - 通过
kill(0, SIGTERM);向全部子进程发送SIGTERM信号，通知它们退出。
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
using namespace std;
void FathEXIT(int sig); // 父进程的信号处理函数。
void ChldEXIT(int sig); // 子进程的信号处理函数。
int main()
{
// 忽略全部的信号，不希望被打扰。
for (int ii=1;ii<=64;ii++) signal(ii,SIG_IGN);
// 设置信号,在shell状态下可用 "kill 进程号" 或 "Ctrl+c" 正常终止些进程
// 但请不要用 "kill -9 +进程号" 强行终止
// SIGTERM 15 SIGINT 2
signal(SIGTERM,FathEXIT); signal(SIGINT,FathEXIT);
while (true)
{
// 每五秒创建一个子进程
if (fork()>0) // 父进程的流程。
{
sleep(5); continue;
}
else // 子进程的流程。
{
// 子进程需要重新设置信号。
signal(SIGTERM,ChldEXIT); // 子进程的退出函数与父进程不一样。
signal(SIGINT ,SIG_IGN); // 子进程不需要捕获SIGINT信号。
while (true)
{
cout << "子进程" << getpid() << "正在运行中。\n"; sleep(3); continue;
}
}
}
}
// 父进程的信号处理函数。
void FathEXIT(int sig)
{
// 以下代码是为了防止信号处理函数在执行的过程中再次被信号中断。
signal(SIGINT,SIG_IGN); signal(SIGTERM,SIG_IGN);
cout << "父进程退出，sig=" << sig << endl;
// 向全部的子进程发送15的信号，通知它们退出。
// 可能会发给自己
kill(0,SIGTERM);
// 在这里增加释放资源的代码（全局的资源）。
exit(0);
}
// 子进程的信号处理函数。
void ChldEXIT(int sig)
{
// 以下代码是为了防止信号处理函数在执行的过程中再次被信号中断。
signal(SIGINT,SIG_IGN); signal(SIGTERM,SIG_IGN);
cout << "子进程" << getpid() << "退出，sig=" << sig << endl;
// 在这里增加释放资源的代码（只释放子进程的资源）。
exit(0);
}共享内存
常用操作
在 Linux 中，共享内存相关的操作通常通过 System V IPC（Inter-Process Communication，进程间通信）机制实现。以下是一些与共享内存相关的常用命令：
-
ipcs命令：
ipcs -m：显示当前系统上的共享内存信息。ipcs -ma：以更详细的格式显示共享内存信息。
-
ipcrm命令：
ipcrm -m <shmid>：删除指定的共享内存段。
多线程共享进程的地址空间，如果多个线程需要访问同一块内存，用全局变量就可以了。
在多进程中，每个进程的地址空间是独立的，不共享的，如果多个进程需要访问同一块内存，不能用全局变量，只能用共享内存。
共享内存（Shared Memory）允许多个进程（不要求进程之间有血缘关系）访问同一块内存空间，是多个进程之间共享和传递数据最高效的方式。进程可以将共享内存连接到它们自己的地址空间中，如果某个进程修改了共享内存中的数据，其它的进程读到的数据也会改变。
共享内存没有提供锁机制，也就是说，在某一个进程对共享内存进行读/写的时候，不会阻止其它进程对它的读/写。如果要对共享内存的读/写加锁，可以使用信号量。
Linux中提供了一组函数用于操作共享内存。
shmget函数
该函数用于创建/获取共享内存。
int?shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
key ? 共享内存的键值，是一个整数（typedef unsigned int key_t），一般采用十六进制，例如0x5005，不同共享内存的key不能相同。
size? 共享内存的大小，以字节为单位。
shmflg 共享内存的访问权限，与文件的权限一样，例如0666|IPC_CREAT，0666表示全部用户对它可读写，IPC_CREAT表示如果共享内存不存在，就创建它。
返回值：成功返回共享内存的id（一个非负的整数），失败返回-1（系统内存不足、没有权限）
用ipcs -m可以查看系统的共享内存，包括：键值（key），共享内存id（shmid），拥有者（owner），权限（perms），大小（bytes）。
shmat函数
该函数用于把共享内存连接到当前进程的地址空间。
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
shmid 由shmget()函数返回的共享内存标识。
shmaddr? 指定共享内存连接到当前进程中的地址位置，通常填0，表示让系统来选择共享内存的地址。
shmflg 标志位，通常填0。
调用成功时返回共享内存起始地址，失败返回(void*)-1。
shmdt函数
该函数用于将共享内存从当前进程中分离，相当于shmat()函数的反操作。
int?shmdt(const void *shmaddr);
shmaddr shmat()函数返回的地址。
调用成功时返回0，失败时返回-1。
shmctl函数
该函数用于操作共享内存，最常用的操作是删除共享内存。
int?shmctl(int shmid, int command, struct shmid_ds *buf);
shmid shmget()函数返回的共享内存id。
command 操作共享内存的指令，如果要删除共享内存，填IPC_RMID。
buf 操作共享内存的数据结构的地址，如果要删除共享内存，填0。
调用成功时返回0，失败时返回-1。
注意，用root创建的共享内存，不管创建的权限是什么，普通用户无法删除。
删除
不能用容器！因为栈堆区内存不属于共享内存！
生产消费者模型
循环队列和信号量
生产者程序
// 多进程的生产消费者模型的生产者程序
#include "_public.h"
int main()
{
struct stgirl // 循环队列的数据元素是超女结构体。
{
int no;
char name[51];
};
using ElemType=stgirl;
// 初始化共享内存。
int shmid=shmget(0x5005, sizeof(squeue<ElemType,5>), 0640|IPC_CREAT);
if ( shmid ==-1 )
{
cout << "shmget(0x5005) failed.\n"; return -1;
}
// 把共享内存连接到当前进程的地址空间。
squeue<ElemType,5> *QQ=(squeue<ElemType,5> *)shmat(shmid,0,0);
if ( QQ==(void *)-1 )
{
cout << "shmat() failed\n"; return -1;
}
QQ->init(); // 初始化循环队列。
ElemType ee; // 创建一个数据元素。
csemp mutex; mutex.init(0x5001); // 用于给共享内存加锁。
csemp cond; cond.init(0x5002,0,0); // 信号量的值用于表示队列中数据元素的个数。
mutex.wait(); // 加锁。
// 生产3个数据。
ee.no=3; strcpy(ee.name,"西施"); QQ->push(ee);
ee.no=7; strcpy(ee.name,"冰冰"); QQ->push(ee);
ee.no=8; strcpy(ee.name,"幂幂"); QQ->push(ee);
mutex.post(); // 解锁。
cond.post(3); // 实参是3，表示生产了3个数据。
shmdt(QQ); // 把共享内存从当前进程中分离。
}?消费者程序
// 多进程的生产消费者模型的消费者程序
#include "_public.h"
int main()
{
struct stgirl // 循环队列的数据元素是超女结构体。
{
int no;
char name[51];
};
using ElemType=stgirl;
// 初始化共享内存。
int shmid=shmget(0x5005, sizeof(squeue<ElemType,5>), 0640|IPC_CREAT);
if ( shmid ==-1 )
{
cout << "shmget(0x5005) failed.\n"; return -1;
}
// 把共享内存连接到当前进程的地址空间。
squeue<ElemType,5> *QQ=(squeue<ElemType,5> *)shmat(shmid,0,0);
if ( QQ==(void *)-1 )
{
cout << "shmat() failed\n"; return -1;
}
QQ->init(); // 初始化循环队列。
ElemType ee; // 创建一个数据元素。
csemp mutex; mutex.init(0x5001); // 用于给共享内存加锁。
csemp cond; cond.init(0x5002,0,0); // 信号量的值用于表示队列中数据元素的个数。
while (true)
{
mutex.wait(); // 加锁。
while (QQ->empty()) // 如果队列空，进入循环，否则直接处理数据。必须用循环，不能用if
{
mutex.post(); // 解锁。
cond.wait(); // 等待生产者的唤醒信号。
mutex.wait(); // 加锁。
}
// 数据元素出队。
ee = QQ->front(); QQ->pop();
mutex.post(); // 解锁。
// 处理出队的数据（把数据消费掉）。
cout << "no=" << ee.no << ",name=" << ee.name << endl;
usleep(100); // 假设处理数据需要时间，方便演示。
}
shmdt(QQ);
}循环队列
_public.h
#ifndef __PUBLIC_HH
#define __PUBLIC_HH 1
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/sem.h>
using namespace std;
// 循环队列。
template <class TT, int MaxLength>
class squeue
{
private:
bool m_inited; // 队列被初始化标志，true-已初始化；false-未初始化。
TT m_data[MaxLength]; // 用数组存储循环队列中的元素。
int m_head; // 队列的头指针。
int m_tail; // 队列的尾指针，指向队尾元素。
int m_length; // 队列的实际长度。
squeue(const squeue &) = delete; // 禁用拷贝构造函数。
squeue &operator=(const squeue &) = delete; // 禁用赋值函数。
public:
squeue() { init(); } // 构造函数。
// 循环队列的初始化操作。
// 注意：如果用于共享内存的队列，不会调用构造函数，必须调用此函数初始化。
void init()
{
if (m_inited!=true) // 循环队列的初始化只能执行一次。
{
m_head=0; // 头指针。指向第一个元素
m_tail=MaxLength-1; // 为了方便写代码，初始化时，尾指针指向队列的最后一个位置。
m_length=0; // 队列的实际长度。
memset(m_data,0,sizeof(m_data)); // 数组元素清零。
m_inited=true;
}
}
// 元素入队，返回值：false-失败；true-成功。
bool push(const TT &ee)
{
if (full() == true)
{
cout << "循环队列已满，入队失败。\n"; return false;
}
// 先移动队尾指针，然后再拷贝数据。
m_tail=(m_tail+1)%MaxLength; // 队尾指针后移。
m_data[m_tail]=ee;
m_length++;
return true;
}
// 求循环队列的长度，返回值：>=0-队列中元素的个数。
int size()
{
return m_length;
}
// 判断循环队列是否为空，返回值：true-空，false-非空。
bool empty()
{
if (m_length == 0) return true;
return false;
}
// 判断循环队列是否已满，返回值：true-已满，false-未满。
bool full()
{
if (m_length == MaxLength) return true;
return false;
}
// 查看队头元素的值，元素不出队。
TT& front()
{
return m_data[m_head];
}
// 元素出队，返回值：false-失败；true-成功。
bool pop()
{
if (empty() == true) return false;
m_head=(m_head+1)%MaxLength; // 队列头指针后移。
m_length--;
return true;
}
// 显示循环队列中全部的元素。
// 这是一个临时的用于调试的函数，队列中元素的数据类型支持cout输出才可用。
void printqueue()
{
for (int ii = 0; ii < size(); ii++)
{
cout << "m_data[" << (m_head+ii)%MaxLength << "],value=" \
<< m_data[(m_head+ii)%MaxLength] << endl;
}
}
};
// 信号量。
class csemp
{
private:
union semun // 用于信号量操作的共同体。
{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *arry;
};
int m_semid; // 信号量id（描述符）。
// 如果把sem_flg设置为SEM_UNDO，操作系统将跟踪进程对信号量的修改情况，
// 在全部修改过信号量的进程（正常或异常）终止后，操作系统将把信号量恢复为初始值。
// 如果信号量用于互斥锁，设置为SEM_UNDO。
// 如果信号量用于生产消费者模型，设置为0。
short m_sem_flg;
csemp(const csemp &) = delete; // 禁用拷贝构造函数。
csemp &operator=(const csemp &) = delete; // 禁用赋值函数。
public:
csemp():m_semid(-1){}
// 如果信号量已存在，获取信号量；如果信号量不存在，则创建它并初始化为value。
// 如果用于互斥锁，value填1，sem_flg填SEM_UNDO。
// 如果用于生产消费者模型，value填0，sem_flg填0。
bool init(key_t key,unsigned short value=1,short sem_flg=SEM_UNDO);
bool wait(short value=-1);// 信号量的P操作，如果信号量的值是0，将阻塞等待，直到信号量的值大于0。
bool post(short value=1); // 信号量的V操作。
int getvalue(); // 获取信号量的值，成功返回信号量的值，失败返回-1。
bool destroy(); // 销毁信号量。
~csemp();
};
#endif_public.cpp
#include "_public.h"
// 如果信号量已存在，获取信号量；如果信号量不存在，则创建它并初始化为value。
// 如果用于互斥锁，value填1，sem_flg填SEM_UNDO。
// 如果用于生产消费者模型，value填0，sem_flg填0。
bool csemp::init(key_t key,unsigned short value,short sem_flg)
{
if (m_semid!=-1) return false; // 如果已经初始化了，不必再次初始化。
m_sem_flg=sem_flg;
// 信号量的初始化不能直接用semget(key,1,0666|IPC_CREAT)
// 因为信号量创建后，初始值是0，如果用于互斥锁，需要把它的初始值设置为1，
// 而获取信号量则不需要设置初始值，所以，创建信号量和获取信号量的流程不同。
// 信号量的初始化分三个步骤：
// 1）获取信号量，如果成功，函数返回。
// 2）如果失败，则创建信号量。
// 3) 设置信号量的初始值。
// 获取信号量。
if ( (m_semid=semget(key,1,0666)) == -1)
{
// 如果信号量不存在，创建它。
if (errno==ENOENT)
{
// 用IPC_EXCL标志确保只有一个进程创建并初始化信号量，其它进程只能获取。
if ( (m_semid=semget(key,1,0666|IPC_CREAT|IPC_EXCL)) == -1)
{
if (errno==EEXIST) // 如果错误代码是信号量已存在，则再次获取信号量。
{
if ( (m_semid=semget(key,1,0666)) == -1)
{
perror("init 1 semget()"); return false;
}
return true;
}
else // 如果是其它错误，返回失败。
{
perror("init 2 semget()"); return false;
}
}
// 信号量创建成功后，还需要把它初始化成value。
union semun sem_union;
sem_union.val = value; // 设置信号量的初始值。
if (semctl(m_semid,0,SETVAL,sem_union) < 0)
{
perror("init semctl()"); return false;
}
}
else
{ perror("init 3 semget()"); return false; }
}
return true;
}
// 信号量的P操作（把信号量的值减value），如果信号量的值是0，将阻塞等待，直到信号量的值大于0。
bool csemp::wait(short value)
{
if (m_semid==-1) return false;
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = 0; // 信号量编号，0代表第一个信号量。
sem_b.sem_op = value; // P操作的value必须小于0。
sem_b.sem_flg = m_sem_flg;
if (semop(m_semid,&sem_b,1) == -1) { perror("p semop()"); return false; }
return true;
}
// 信号量的V操作（把信号量的值减value）。
bool csemp::post(short value)
{
if (m_semid==-1) return false;
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = 0; // 信号量编号，0代表第一个信号量。
sem_b.sem_op = value; // V操作的value必须大于0。
sem_b.sem_flg = m_sem_flg;
if (semop(m_semid,&sem_b,1) == -1) { perror("V semop()"); return false; }
return true;
}
// 获取信号量的值，成功返回信号量的值，失败返回-1。
int csemp::getvalue()
{
return semctl(m_semid,0,GETVAL);
}
// 销毁信号量。
bool csemp::destroy()
{
if (m_semid==-1) return false;
if (semctl(m_semid,0,IPC_RMID) == -1) { perror("destroy semctl()"); return false; }
return true;
}
csemp::~csemp()
{
}demo2.cpp
// demo2.cpp，本程序演示基于共享内存的循环队列。
#include "_public.h"
int main()
{
using ElemType=int;
// 初始化共享内存。
int shmid=shmget(0x5005, sizeof(squeue<ElemType,5>), 0640|IPC_CREAT);
if ( shmid ==-1 )
{
cout << "shmget(0x5005) failed.\n"; return -1;
}
// 把共享内存连接到当前进程的地址空间。
// 模板类指针指向共享内存的首地址。不调用构造函数。
squeue<ElemType,5> *QQ=(squeue<ElemType,5> *)shmat(shmid,0,0);
if ( QQ==(void *)-1 )
{
cout << "shmat() failed\n"; return -1;
}
QQ->init(); // 初始化循环队列。
ElemType ee; // 创建一个数据元素。
cout << "元素（1、2、3）入队。\n";
ee=1; QQ->push(ee);
ee=2; QQ->push(ee);
ee=3; QQ->push(ee);
cout << "队列的长度是" << QQ->size() << endl;
QQ->printqueue();
ee=QQ->front(); QQ->pop(); cout << "出队的元素值为" << ee << endl;
ee=QQ->front(); QQ->pop(); cout << "出队的元素值为" << ee << endl;
cout << "队列的长度是" << QQ->size() << endl;
QQ->printqueue();
cout << "元素（11、12、13、14、15）入队。\n";
ee=11; QQ->push(ee);
ee=12; QQ->push(ee);
ee=13; QQ->push(ee);
ee=14; QQ->push(ee);
ee=15; QQ->push(ee);
cout << "队列的长度是" << QQ->size() << endl;
QQ->printqueue();
shmdt(QQ); // 把共享内存从当前进程中分离。
}第一次运行：共享内存为空
第二次运行
没有锁机制，会存在竞争关系
demo3.cpp 用信号量给共享内存加锁
// demo3.cpp，本程序演示用信号量给共享内存加锁。
#include "_public.h"
struct stgirl // 超女结构体。
{
int no; // 编号。
char name[51]; // 姓名，注意，不能用string。
};
int main(int argc,char *argv[])
{
if (argc!=3) { cout << "Using:./demo no name\n"; return -1; }
// 第1步：创建/获取共享内存，键值key为0x5005，也可以用其它的值。
int shmid=shmget(0x5005, sizeof(stgirl), 0640|IPC_CREAT);
if ( shmid ==-1 )
{
cout << "shmget(0x5005) failed.\n"; return -1;
}
cout << "shmid=" << shmid << endl;
// 第2步：把共享内存连接到当前进程的地址空间。
stgirl *ptr=(stgirl *)shmat(shmid,0,0);
if ( ptr==(void *)-1 )
{
cout << "shmat() failed\n"; return -1;
}
// 创建、初始化二元信号量。
csemp mutex;
if (mutex.init(0x5005)==false)
{
cout << "mutex.init(0x5005) failed.\n"; return -1;
}
cout << "申请加锁...\n";
mutex.wait(); // 申请加锁。
cout << "申请加锁成功。\n";
// 第3步：使用共享内存，对共享内存进行读/写。
cout << "原值：no=" << ptr->no << ",name=" << ptr->name << endl; // 显示共享内存中的原值。
ptr->no=atoi(argv[1]); // 对超女结构体的no成员赋值。
strcpy(ptr->name,argv[2]); // 对超女结构体的name成员赋值。
cout << "新值：no=" << ptr->no << ",name=" << ptr->name << endl; // 显示共享内存中的当前值。
sleep(10);
mutex.post(); // 解锁。
cout << "解锁。\n";
// 查看信号量 ：ipcs -s // 删除信号量 ：ipcrm sem 信号量id
// 查看共享内存：ipcs -m // 删除共享内存：ipcrm -m 共享内存id
// 第4步：把共享内存从当前进程中分离。
shmdt(ptr);
// 第5步：删除共享内存。
//if (shmctl(shmid,IPC_RMID,0)==-1)
//{
// cout << "shmctl failed\n"; return -1;
//}
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