嵌入式第三十九篇——linux系统编程——信号通信、共享内存

一、信号通信

信号是 Linux/Unix 中用于异步通知进程的机制，可处理随机事件（如用户按下Ctrl+C、进程出错等）。

1. 信号的核心工作流程

1. 信号产生：由随机事件触发（如用户操作、系统调用、硬件异常）。
2. 信号传递：Linux 内核接收信号请求，在进程控制块（PCB）中根据 PID 找到目标进程。
3. 信号处理：目标进程暂停原有工作流程，执行 PCB 中信号对应下标的处理函数（如信号 2 对应handle2）。
4. 恢复执行：信号处理函数执行完毕后，进程回到原有代码继续运行。

2. 核心函数接口

（1）发送信号：kill

#include <signal.h> #include <sys/types.h> int kill(pid_t pid, int sig);

• 功能：向指定 PID 的进程发送编号为sig的信号。
• 参数：
  • pid：目标进程的 PID（特殊值：pid>0指定进程；pid=0同组进程；pid=-1所有有权限的进程；pid<-1组 ID 为|pid|的进程）。
  • sig：信号编号（可通过kill -l查看所有信号，如SIGINT=2、SIGKILL=9）。
• 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1（设置errno）。

（2）捕获 / 自定义信号处理：signal

#include <signal.h> // 函数原型（简化版：sighandler_t为函数指针类型） typedef void (*sighandler_t)(int); sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

• 功能：为编号signum的信号设置处理函数。
• 参数：
  • signum：要处理的信号编号。
  • handler：信号处理方式，可选：
    • SIG_DFL：使用默认处理（如SIGINT默认终止进程）。
    • SIG_IGN：忽略信号（如忽略SIGINT则Ctrl+C无效）。
    • 自定义函数指针：执行用户自定义的处理逻辑（函数参数为信号编号）。
• 返回值：成功返回之前的信号处理函数指针，失败返回SIG_ERR（设置errno）。

3. 常用信号

二、System V 共享内存

共享内存是 System V 标准提供的 ** 进程间通信（IPC）** 方式，是最快的 IPC 机制（直接操作内存，无数据拷贝）。

1. 核心特性（与管道对比）

2. 共享内存的操作流程

申请键值（ftok）→ 创建/获取共享内存（shmget）→ 映射到进程地址空间（shmat）→ 读写操作 → 解除映射（shmdt）→ 删除共享内存（shmctl）

3. 核心函数接口

（1）生成唯一键值：ftok

#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

• 功能：通过文件路径和项目 ID 生成唯一的 System V IPC 键值（用于关联共享内存对象）。
• 参数：
  • pathname：任意存在且不被删除重建的文件路径（如./test.file）。
  • proj_id：整形数字（通常用 ASCII 单字符，如'a'=97，仅低 8 位有效）。
• 返回值：成功返回唯一键值（key_t），失败返回 - 1（设置errno）。

（2）创建 / 获取共享内存：shmget

#include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

• 功能：向内核申请共享内存对象（创建新对象或获取已有对象）。
• 参数：
  • key：由ftok生成的唯一键值（特殊值IPC_PRIVATE：创建私有共享内存，仅父子进程可用）。
  • size：申请的共享内存大小（单位：字节，建议为页大小的整数倍，页大小通常为 4096 字节）。
  • shmflg：权限标志，组合使用：
    • 八进制权限（如0664，同文件权限）。
    • IPC_CREAT：若不存在则创建新共享内存。
    • IPC_EXCL：与IPC_CREAT搭配，若已存在则返回错误（确保创建新对象）。
• 返回值：成功返回共享内存 ID（shmid），失败返回 - 1（设置errno）。

（3）映射共享内存到进程地址空间：shmat

#include <sys/types.h> #include <sys/shm.h> void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

• 功能：将内核中的共享内存映射到进程的本地虚拟地址空间。
• 参数：
  • shmid：由shmget返回的共享内存 ID。
  • shmaddr：指定映射的本地地址（通常设为NULL，由系统自动分配）。
  • shmflg：映射权限（0：读写；SHM_RDONLY：只读）。
• 返回值：成功返回映射后的内存地址，失败返回(void*)-1（设置errno）。

（4）读写共享内存

共享内存映射后可直接通过指针操作，常用函数：

• 字符串操作：strcpy、strcat、strcmp（适用于字符串数据）。
• 二进制数据操作：memcpy（适用于结构体、数组等二进制数据）。

（5）解除映射：shmdt

#include <sys/types.h> #include <sys/shm.h> int shmdt(const void *shmaddr);

• 功能：将进程的本地地址与共享内存断开映射关系（并非删除共享内存）。
• 参数：shmaddr：shmat返回的映射地址。
• 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1（设置errno）。

（6）控制 / 删除共享内存：shmctl

#include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

• 功能：修改共享内存属性或删除共享内存对象。
• 参数：
  • shmid：共享内存 ID。
  • cmd：操作命令（常用IPC_RMID：删除共享内存对象；IPC_STAT：获取属性；IPC_SET：设置属性）。
  • buf：指向shmid_ds结构体的指针（IPC_RMID时设为NULL即可）。
• 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1（设置errno）。

3. 常用命令（管理共享内存）