进程间通信如何加锁

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导读	进程间通信有一种 [共享内存] 方式，大家有没有想过，这种通信方式中如何解决数据竞争问题？我们可能自然而然的就会想到用锁。但我们平时使用的锁都是用于解决线程间数据竞争问题，貌似没有看到过它用在进程中，那怎么办？

进程间通信如何加锁

关于进程间的通信方式估计大多数人都知道，这也是常见的面试八股文之一。

个人认为这种面试题没什么意义，无非就是答几个关键词而已，更深入的可能面试官和面试者都不太了解。

关于进程间通信方式和优缺点我之前在【这篇文章】中有过介绍，感兴趣的可以移步去看哈。

进程间通信有一种 [共享内存] 方式，大家有没有想过，这种通信方式中如何解决数据竞争问题?

我们可能自然而然的就会想到用锁。但我们平时使用的锁都是用于解决线程间数据竞争问题，貌似没有看到过它用在进程中，那怎么办?

我找到了两种方法，信号量和互斥锁。

直接给大家贴代码吧，首先是信号量方式：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

constexpr int kMappingSize = 4096;

void sem() {
    const char* mapname = "/mapname";
    int mapfd = shm_open(mapname, O_RDWR | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR);

    MEOW_DEFER {if (mapfd > 0) {close(mapfd);
            mapfd = 0;
        }
        shm_unlink(mapname);
    };

    if (mapfd == -1) {perror("shm_open failed \n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (ftruncate(mapfd, kMappingSize) == -1) {perror("ftruncate failed \n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    void* sp = mmap(nullptr, kMappingSize, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, mapfd, 0);
    if (!sp) {perror("mmap failed \n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    sem_t* mutex = (sem_t*)sp;

    if (sem_init(mutex, 1, 1) != 0) {perror("sem_init failed \n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    MEOW_DEFER {sem_destroy(mutex); };

    int* num = (int*)((char*)sp + sizeof(sem_t));
    int cid, proc_count = 0, max_proc_count = 8;
    for (int i = 0; i 
代码中的 MEOW_DEFER 我在之前的 RAII 相关文章中介绍过，它内部的函数会在生命周期结束后触发。它的核心函数其实就是下面这四个：
int sem_init(sem_t *sem,int pshared,unsigned int value);
int sem_post(sem_t *sem);
int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_destroy(sem_t *sem);
具体含义大家应该看名字就知道，这里的重点就是 sem_init 中的 pshared 参数，该参数为 1 表示可在进程间共享，为 0 表示只在进程内部共享。
第二种方式是使用锁，即 pthread_mutex_t，可是 pthread_mutex 不是用作线程间数据竞争的吗，怎么能用在进程间呢?
我也是最近才知道，可以给它配置一个属性，示例代码如下：
pthread_mutex_t* mutex;
pthread_mutexattr_t mutexattr;

pthread_mutexattr_init(&mutexattr);
pthread_mutexattr_setpshared(&mutexattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
pthread_mutex_init(mutex, &mutexattr);
它的默认属性是进程内私有，但是如果给它配置成 PTHREAD_PROCESS_SHARED，它就可以用在进程间通信中。
完整代码如下：
void func() {
    const char* mapname = "/mapname";
    int mapfd = shm_open(mapname, O_RDWR | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR);

    MEOW_DEFER {if (mapfd > 0) {close(mapfd);
            mapfd = 0;
        }
        shm_unlink(mapname);
    };

    if (mapfd == -1) {perror("shm_open failed \n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (ftruncate(mapfd, kMappingSize) == -1) {perror("ftruncate failed \n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    void* sp = mmap(nullptr, kMappingSize, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, mapfd, 0);
    if (!sp) {perror("mmap failed \n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    pthread_mutex_t* mutex = (pthread_mutex_t*)sp;
    pthread_mutexattr_t mutexattr;

    pthread_mutexattr_init(&mutexattr);
    pthread_mutexattr_setpshared(&mutexattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
    pthread_mutex_init(mutex, &mutexattr);

    MEOW_DEFER {pthread_mutexattr_destroy(&mutexattr);
        pthread_mutex_destroy(mutex);
    };

    int* num = (int*)((char*)sp + sizeof(pthread_mutex_t));
    int cid, proc_count = 0, max_proc_count = 8;
    for (int i = 0; i 
我想这两种方式应该可以满足我们日常开发过程中的大多数需求。
锁的方式介绍完之后，可能很多朋友自然就会想到原子变量，这块我也搜索了一下。但是也不太确定 C ++ 标准中的 atomic 是否在进程间通信中有作用，不过看样子 boost 中的 atomic 是可以用在进程间通信中的。
其实在研究这个问题的过程中，还找到了一些很多解决办法，包括：
Disabling Interrupts
Lock Variables
Strict Alternation
Peterson's Solution
The TSL Instruction
Sleep and Wakeup
Semaphores
Mutexes
Monitors
Message Passing
Barriers
这里就不过多介绍啦，大家感兴趣的可以自行查阅资料哈。

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