리눅스(우분투 10.10) 공유 메모리 예제

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리눅스(우분투 10.10) 공유 메모리 예제

// 부모, 자식 프로세스간 공유 메모리 사용 예제

// shmget() 함수로 공유메모리를 생성
// shmat() 함수로 공유메모리에 접근
// shmdt() 함수로 공유메모리와의 접속을 끊음
// shmctl() 함수로 공유메모리를 제어

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/wait.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>

// sys/shm.h에 공유메모리와 관련된 구조체와 함수들이 정의되어 있음
// 공유메모리를 shmid_ds 라는 구조체로 관리
// struct shmid_ds
// {
//     struct         ipc_perm shm_perm;    // 퍼미션
//     int            shm_segsz;            // 메모리 공간의 크기
//     time_t         shm_dtime;            // 마지막 attach 시간
//     time_t         shm_dtime;            // 마지막 detach 시간
//     time_t         shm_ctime;            // 마지막 변경 시간
//     unsigned short shm_cpid;             // 생성프로세스의 pid
//     unsigned short shm_lpid;             // 마지막으로 작동한 프로세스의 pid
//     short          shm_nattch;           // 현재 접근한 프로세스의 수
// };
// shm_perm   공유메모리는 여러 개의 프로세스가 동시접속 하므로
//            접근권한을 분명히 명시하여야 한다.
// shm_segsz  할당된 메모리 바이트의 크기
// shm_atime  가장 최근의 프로세스가 접근한 시간
// shm_dtime  가장 최근의 프로세스가 접속을 끊은 시간
// shm_ctime  마지막으로 이 구조체가 변경된 시간
// shm_cpid   이 구조체를 생성한 프로세스의 pid
// shm_lpid   마지막으로 작동을 수행한 프로세스의 pid
// shm_nattch 현재 접근되어 있는 프로세스의 수


#define SHARED_MEMORY_KEY 1234
#define INIT_VALUE 5 // 공유 메모리의 초기값
#define MAX_VALUE 10 // 공유 메모리의 최대값
#define MIN_VALUE 0  // 공유 메모리의 최소값
#define RAND_DISTANCE 5 // 프로세스가 쉴 시간
//                      // 즉, rand 함수의 범위를 지정하기위해
//
// 공유 메모리를 사용하기 위해서는 고유의 key 가 필요
// 공유 메모리를 생성할 때 특정한 key 값을 주어 생성하고
// 접근할 때에도 같은 key 값으로 접근 가능
// key 값은 공유 메모리를 구분하기 위해서도 필요

int main()
{
    int shmid; // 공유메모리의 id를 저장하기 위한 변수
    int pid;   // 자식 프로세스와 부모프로세스를 구분하기 위한 변수
    int *cal_num;
    int sleep_time=0;
    int status;
    int seed1, seed2; // 각 프로세스마다 rand() 함수의 시드값이 달라야 하기 때문에
					  // seed 변수를 두개로 선언

    srand(time(NULL));
    seed1 = rand();  // rand() 함수 초기화
    seed2 = rand();  // rand() 함수 초기화

    // make space that shared-memory
	// 공유 메모리 생성 부분
	//
	// int shmget(key_t key, int size, int shmfig)
	//
	// key :     Shared Memory를 접근하기 위한 Key값
	// size :    메모리의 최소 사이즈.
	//           새로운 메모리를 생성한다면 크기를 반드시 명시해야함
	//           이미 존재하는 메모리를 참조하는 것이라면, 0으로 명시
	//
	// shmfig :  공유 메모리의 접근 권한과, 생성방식을 명시하기 위해
	//           파일 권한과 동일하게 읽기, 쓰기 권한 지정 가능
	//           사용 가능한 생성 방식은 다음과 같다.
	//           
	//           IPC_CREAT : 생성하려는Key 값의 공유메모리가 없는 경우
	//                      새로운 공유 메모리를 만든다.
	//           IPC_EXCL : IPC_CREAT 와 같이 사용되며, 
	//                     공유메모리 공간이 이미 존재하는 경우
	//                      error 를 돌려주고, 메모리에 접근할 수 없게 됨
	//  
	// 반환 값 : 메모리 생성 성공하는 경우 공유메모리의 id 반환.
	//           메모리 생성 실패하는 경우 -1 반환.
	//           shmfig IPC_EXCL 인 경우, 메모리가 존재할 경우 error 반환.
	//
	// int 형의 사이즈만큼
	// 권한은 모두 접속가능하고, 
	// 만약 메모리가 생성되지 않은 경우 새로 생성하는 옵션 사용
	// 
    shmid = shmget((key_t)SHARED_MEMORY_KEY, sizeof(int), 0666 | IPC_CREAT);
    if(shmid == -1){
        perror("shmget failed : ");
        exit(0);
    }

	// 공유메모리 접속하는 부분
	//
	// void * shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmfig)
	//
	// int shmid :           shmget 함수를 이용해 얻은 공유메모리 ID
	//
	// const void *shmaddr : 메모리가 붙을 주소를 명시하기 위해 사용.
	//                       0을 사용하면 커널이 알아서 지정.
	//                       보통의 경우 0을 사용.
	//
	// int shmfig :          해당 공유메모리에 대하여 읽기전용 혹은
	//                       읽기/쓰기 모드를 지정 할 수 있다.
	//                       SHM_RDONLY 를 넘길 경우 읽기 전용으로 열고,
	//                       아무 값도 지정하지 않는 경우 
	//                       읽기/쓰기 가능 모드로 열게 된다
	//
	// 반환 값 :             성공한 경우 해당 메모리의 포인터 반환.
	//                       실패한 경우 -1 반환.
	//
	// 다음은 void 포인터 형의 메모리를 int 포인터 형으로 캐스팅
	//
    cal_num = (int *)shmat(shmid, NULL, 0);
    if(cal_num ==(int *)-1){
        perror("shmat failed : ");
        exit(0);
    }
    *cal_num = INIT_VALUE;

    // make child process
    pid = fork();

    //child process
	// 자식 프로세스가 동작하는 부분
	// rand 함수로 생성된 시간을 쉬었다가 공유메모리에 값을 1증가시킴
	// 프로세스가 끝나면 shmit 함수를 이용해 공유메모리와의 접속을 끊음
	//
	// int shmdt(const void* shmaddr)
	//
	// shmaddr : 공유메모리와의 연결을 끊을 Local 메모리의 포인터
	// 반환 값 : 성공할 경우 0 반환
	//           실패한 경우 -1 반환
	//
    if(pid == 0){
        srand(seed2);
        while(1){
            if((*cal_num) >= MAX_VALUE || (*cal_num)<= MIN_VALUE){
                break;
            }
            *cal_num = *cal_num + 1;
            printf("child : I'm %d sec sleep. plus 1. current value %d\n", sleep_time, *cal_num);
            sleep_time = (rand()%RAND_DISTANCE) +1;
            sleep(sleep_time);
        }
        if((*cal_num) >= MAX_VALUE){
            puts("child : I'm winner\n");
        }
        else{
            puts("child : I'm looser\n");
        }
        shmdt(cal_num);
    }
    // parent process
    // 부모 프로세스
    // 자식 프로세스와 다른점은 shmctl 함수를 사용해
    // 공유메모리를 제거
    // 
    // int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf)
    // 
    // shmid :   공유 메모리의 ID
    // cmd :     원하는 제어작업 명시.
    // 
    //           IPC_STAT : 공유메모리 공간에 관한 정보를
    //                      가져오기 위해 사용. 
    //                      정보는 buf 에 저장된다.
    // 
    //           IPC_SET : 공유메모리 공간에 대한 사용자 권한을
    //                     변경한다. 
    //                     사용자 권한을 변경하기 위해서는
    //                     슈퍼유저, 혹은 사용자 권한을 가지고
    //                     있어야 한다.
    // 
    //           IPC_RMID : 공유메모리 공간을 삭제하기 위해서 사용
    //                      이 명령을 사용한다고 해서 곧바로 
    //                      공유메모리가 삭제되는 것은 아니며,
    //                      공유메모리에 접속되어 있는 프로세스가
    //                      0 일 때까지 기다렸다가 삭제.
    // 
    // *buf :    공유 메모리의 정보를 구하고 싶은 경우,
    //           정보를 저장할 포인터를 같이 넘긴다.
    //           buf 에 공유 메모리의 정보가 저장된다.
    // 반환 값 : 성공할 경우 0 반환.
    //           실패한 경우 -1 반환
    // 
    // 
    // 
    else{
        while(1){
            srand(seed1);
            if((*cal_num) >= MAX_VALUE || (*cal_num)<= MIN_VALUE){
                break;
            }
            *cal_num = *cal_num - 1;
            printf("parent :  I'm %d sec sleep. minus 1. current value: %d\n", sleep_time, *cal_num);
            sleep_time = (rand()%RAND_DISTANCE) +1;
            sleep(sleep_time);
        }
        if((*cal_num) >= MAX_VALUE){
            puts("parent : I'm looser\n");
        }
        else{
            puts("parent : I'm winner\n");
        }
        shmdt(cal_num);
        shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
        waitpid(pid, &status, 0); // 자식 프로세스를 기다리기 위해서
    }
    return 0;
}