用C语言实现两个进程共享内存？

Question

我希望做到以下几点：

父进程创建一个子进程。然后，子进程从用户读取n个整数，并将它们存储在共享内存中。接着，父进程展示这些整数。

我已经达到了以下目标：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdio.h>
#define SHMSIZE 27
int main() {
   int shmid;
   int *shm;
   int *n;

   if(fork() == 0) {
      shmid = shmget(2009, SHMSIZE, 0);
      shm = shmat(shmid, 0, 0);
      n = shm;
      int i;
      for(i=0; i<5; i++) {
         printf("Enter number<%i>: ", i);
         scanf("%d", n++);
      }
      printf ("Child wrote <%d>\n",shm);
      shmdt(shm);
   }
   else {
      wait();
      int *s;
      shmid = shmget(2009, SHMSIZE, 0666 | IPC_CREAT);
      shm = shmat(shmid, 0, 0);
      s = shm;
      wait(NULL);
      printf ("Parent reads <%d>\n",shm) ;
      shmdt(shm);
      shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
   }
   return 0;
}

输出结果只有这一行：

Enter number<1>:

如果我输入一个数字，比如说25，它会输出这个结果：

Parent reads <r>

r: 随机负数每次执行代码时都会更改

它从未通过子进程代码！我这样做错了吗？

- iTurki

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为什么不在父进程中创建共享内存，然后再运行子进程呢？ - K-ballo

在父进程中，第一次调用wait是什么？ - Some programmer dude

另外，您传递给 scanf 的参数是错误的。 - Some programmer dude

@K-ballo 这就是我的要求，我更愿意坚持这个。 - iTurki

@JoachimPileborg 的意思是使用 wait() 函数强制父进程等待子进程执行完毕。那么，scanf() 函数有什么问题吗？ - iTurki

Answer 1

好的，最好将所有问题都集中在一个答案中...

您的程序存在几个问题。如果在构建时启用警告（我使用-Wall -Wextra），许多问题将变得很明显。

我已经在我的评论中提到了前两个问题，但我在这里解释一下：

1. 第一个是调用wait()。在C或POSIX中没有不带参数的wait函数。
2. 第二个问题是scanf调用，您正在使用*++调用它，其中*n获取n指向的内存的值，这很可能会导致崩溃。删除星号。
3. 第三个问题是您将共享内存视为整数数组（使用n）和字符串。您不能真正同时执行两者，选择其中之一。
4. 您在父进程中创建共享内存，但在创建内存之前等待子进程完成。
5. 父进程和子进程之间存在竞争条件，因为共享内存可能在子进程尝试访问它之后才被创建。

编辑 我想到了这个替代方案，它对我来说似乎有效。我添加了对我所做更改的注释。

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/wait.h>  /* Needed for the wait function */
#include <unistd.h>    /* needed for the fork function */
#include <string.h>    /* needed for the strcat function */
#define SHMSIZE 27
int main() {
   int shmid;
   char *shm;

   if(fork() == 0) {
      shmid = shmget(2009, SHMSIZE, 0);
      shm = shmat(shmid, 0, 0);
      char *s = (char *) shm;
      *s = '\0';  /* Set first location to string terminator, for later append */
      int i;
      for(i=0; i<5; i++) {
         int n;  /* Variable to get the number into */
         printf("Enter number<%i>: ", i);
         scanf("%d", &n);

         char number[20];
         sprintf(number, "%d", n);  /* Convert the number to string */
         strcat(s, number);  /* Append the number to the string */
      }
      strcat(s, "\n");  /* Append newline */
      printf ("Child wrote <%s>\n",shm);
      shmdt(shm);
   }
   else {
      /* Variable s removed, it wasn't used */
      /* Removed first call to wait as it held up parent process */
      shmid = shmget(2009, SHMSIZE, 0666 | IPC_CREAT);
      shm = shmat(shmid, 0, 0);
      wait(NULL);
      printf ("Parent reads <%s>\n",shm) ;
      shmdt(shm);
      shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
   }
   return 0;
}

请注意，上述列表中的第5点尚未解决。

- Some programmer dude

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我现在要编辑我的代码。主要问题是代码正在工作，但从未执行子块，即 if(fork() == 0) 块。 - iTurki

已更新。现在请检查。输出结果仍然相同，只有一点点的差异。 - iTurki

@iturki，我在我的答案中添加了代码，包含了我对你的程序所做的更改。 - Some programmer dude

为了修复一个11年前的bug而付出的努力值得点赞。 - Craig Estey

Answer 2

我的问题非常愚蠢。我需要让子进程能够写入SHM。if块中的这行代码：

shmid = shmget(2009, SHMSIZE, 0);

会变成这样：

shmid = shmget(2009, SHMSIZE, 0666 | IPC_CREAT);

感谢大家，特别是@JoachimPileborg :)

- iTurki

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接受他的答案，这样你们两个都可以获得一些积分。 :) - gnometorule

我为他的回答投了赞成票。如果一个答案不能解决问题，我是不能接受的，对吧？ :) - iTurki

假设fork()之后的代码是同时运行的，或者任何一个可能先运行。因此，两个shmget都必须具有IPC_CREAT，因此先运行的进程将创建它。 - PaulS

Answer 3

你的描述似乎不正确，因为没有代码输出“Parent Wrote <>”。

你正在读取数字并将它们存储为int在*n++中，但是然后你正在将'\n'字符附加到n-int数组中，并且你正在将shm视为字符串？

在我的看来，在你的子进程中，你创建了一个共享内存，写入它，然后关闭（丢弃）共享内存。然后你的第二部分使用相同的段打开一个新的共享内存，但它仍然是一个新的共享内存。通常，一个进程创建一个共享内存，然后第二个进程打开它，当最后一个进程关闭共享内存时，它才会被操作系统释放。

- Werner Henze

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关闭共享内存并不意味着丢弃它！shmdt() 表示解除共享内存连接。shmctl() 表示销毁共享内存。至于输出，它是错误的。我将进行更正。 - iTurki

抱歉，我不熟悉SHM API。但是如果子进程调用shmget并稍后终止，Linux是否会隐式销毁SHM（在父进程打开之前）？为什么您在父进程上使用IPC_CREAT而不是在子进程上使用？ - Werner Henze

子进程只打开和关闭SHM。然后，父进程打开相同的SHM，检索数据，关闭并销毁它。这就是它的工作原理。 - iTurki

Answer 4

一个问题是子进程在父进程创建共享内存之前尝试获取共享内存。父进程在创建共享内存之前有一个wait()调用，因此当客户端尝试检索ID时，共享内存不存在。即使将wait()调用移动，也可能无法工作，因为存在竞争条件。调用shmget可能需要在fork调用之前（或使用一些同步来确保在子进程中检索它之前实际存在）。

而且（正如其他人已经指出的那样），子进程尝试将整数写入内存，而读取（打印）则尝试将其视为字符字符串。

- Mark Wilkins