centos 换源

1、确保更换之前确保自己安装wget，若是没安装wget直接安装即可

yum list wget

yum -y install wget

2、首先备份

mv /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo.bak

3、下载阿里云的yum源到/etc/yum.repos.d/

wget -O /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-7.repo

4、清除缓存

yum clean all

5、更新本地YUM缓存

yum makecache

安装c++编译器并且更新

安装

yum -y install gcc*

更新

1、安装CentOS的第三方软件源，如devtoolset:
sudo yum install -y centos-release-scl安装devtoolset软件集，其中包含更新的GCC版本。例如，要安装devtoolset-9
sudo yum install -y devtoolset-9-gcc devtoolset-9-gcc-c++ devtoolset-9-binutils3、启用新版本的GCC
scl enable devtoolset-9 bash4、永久更改GCC版本，
echo "source /opt/rh/devtoolset-9/enable" >> ~/.bash_profile
source ~/.bash_profile

编译：单文件以及多文件

单文件

有文件 demo.cpp

编译

执行

多个文件编译

编译选项

g++ 选项 源代码文件1 ...

常用选项：

-o ： 指定输出文件的名，这个名称不能和源文件同名。默认为a.out
-g ：对源代码进行调试
-On：在编译、链接中进行优化处理，生成的可执行程序效率更高
-c：只编译，不链接成为可执行文件，通常用于把源文件编译成静态库或动态库
-std=c++11 支持C++11标准
-I：（大写i）指定头文件所在目录
-L：指定链接库所在目录
-l：指定链接库名

优化选项

如果选择了优化选项：编译时间更长、目标程序不可调试、有效果，但是不可能显著提升程序的性能

静态库与动态库

实际开发的时候，通常把函数和类份文件编写，称之为库。

在其他的程序中，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、机密性），而是编译成二进制文件（分为静态库和动态库）。

静态库

1、制作静态库
g++ -c -o lib 库名.a 源代码文件清单

2、使用静态库
不规范的做法：g++ 选项 源代码文件名清单 静态库名

规划做法：g++ 选项 源代码文件名清单 -L库名所在目录 -l库名

3、静态库的概念

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 ，就存在多份拷贝

4、静态库特点

• 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

实操：

编译

制作库

使用库

动态库

1、制作动态库
g++ -fPIC -shared -o lib 库名.so 源代码文件清单

2、使用动态库
不规范的做法：g++ 选项 源代码文件名清单 动态库名

规划做法：g++ 选项 源代码文件名清单 -L库名所在目录 -l库名
运行可执行程序的时候需要提前设置LD_LIBRARY_PATH环境变量

3、动态库的概念

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
如果多个程序中用到了同一静态库中的函数或类 ，那么在内存中只有一份，避免了空间的浪费

4、动态库特点

• 程序运行在运行的过程中，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
• 程序升级变得简单，不需要重新编译程序，只需要更新动态库就行了

不规范的使用

将动态库目录加入LD_LIBRARY_PATH环境变量

makefile

make是一个强大的实用工具，用于管理的编译和链接。make需要一个编译规则文件makefile，可实现自动化编译

增量编译

# 变量
O=book.cpp 
# 指定编译的目标文件
all:book
# 编译book需要依赖book.cpp
book:book.cppg++ -o book book.cpp $(O)
# 用于清理book 使用make clean 触发
clean:rm book

main函数的参数

main函数有三个参数：arga、argv、envp

int main(int argc,char*argv[],char*envp[]){}

• argc：程序参数的个数
• argv：存放每个参数的值
• envp：环境变量，用的少 ，数组最后一个是0

#include<iostream>using namespace std;
int main(int argc,char*argv[]){cout<<"一共"<<argc<<"个参数"<<endl;for(int i = 0;i < argc;++i){cout<<"第"<<i+1<<"个参数是"<<argv[i]<<endl;}return 0;
};

#include<iostream>using namespace std;
int main(int argc,char*argv[],char*envp[]){for(int i = 0;envp[i]!=0 ;++i){cout<<envp[i]<<endl;}setenv("AA","aaa",0);cout<<"AA="<<getenv("AA")<<endl;return 0;
};

gdb调试

基础

加上-g选项而且不能-O优化，才可以调试

gdb 文件

设置参数

命令	简写	说明
set args		设置程序运行的参数
break	b	设置断点，b 20表示在20行设置断点，可以设置多个断点
run	r	开始运行程序，遇到断点才停止
next	n	执行当前行语句，如果该语句为函数调用，不会进入函数内部
step	s	执行当前行语句，如果该语句为函数调用，会进入函数内部。只是进入有源码的函数
print	p	显示变量或者表达式的值，也可以修改变量的值
continue	c	继续运行程序，遇到下一个断点停止，没有断点一直执行
set var		设置变量的值， set var num=100
quit	q	退出gdb

调试core文件

如果程序在运行的过程中发生了内存泄漏，会被内核强行终止，提示“段错误(吐核)”，内存的状态将保存在 core 文件中，方便程序员进一步分析。

#include<iostream>using namespace std;
int main(int argc,char*argv[]){char*ptr = nullptr;*ptr=3;return 0;
};

Linux缺省不会生成core文件，需要修改系统参数

调式core文件的步骤如下

1. 使用ulimit-a查看当前用户的资源限制参数
2. 用ulimit -c unlimited把core file size改为unlimited
3. 运行程序，产生core文件
4. 使用gdb main core文件名进行调试core文件
5. bt查看函数调用栈

bt查看函数调用栈

调试正在运行中的程序

#include<iostream>
#include <unistd.h>using namespace std;void fun(){for(int i = 0;i < 10000;++i){sleep(1);cout<<"i="<<i<<endl;}
}
int main(int argc,char*argv[]){fun();return 0;
};

需要知道进程id
此时程序已经暂停

Linux时间操作

1970年1月1日组为UNIX的纪元时间，使用一个整数存放

time_t别名

time_t就是long类型的别名，在time.h文件中定义

typedef long time_t

time库函数

获取当前操作系统的时间

time.h中

time_t time(time_t*tloc);//两种调用方法
time_t now = time(0);time_t now;
time(&now);

tm结构体

time_t是一个长整数，不符合人类的使用习惯，需要转换成tm 结构体，tm 结构体在<time.h>中

localtime()库函数

localtime()函数用于把 time_t表示的时间转换为 tm 结构体表示的时间。
localtime()函数不是线程安全的，localtime_r()是线程安全的。

在time.h中

年要+1900
月份要+1

mktime库函数

gettimeofdat()库函数

用于获取 1970 年1月1日到现在的秒和当前秒中已逝去的微秒数，可以用于程序的计时。

sys/time.h

程序睡眠

如果需要把程序挂起一段时间，可以使用sleep()和 usleep()两个库函数

unistd.h

sleep单位是秒
usleep单位是微秒

Linux文件操作

简单的目录操作

获取当前工作目录

头文件unistd.h

char *getcwd(char *buf, size_t size); 
char *get_current_dir_name(void);void test(){char path[256];//linux系统目录最大长度为255getcwd(path,256); std::cout<<"path="<<path<<std::endl;char *path0=get_current_dir_name();//malloc分配内存 是对空间开辟的std::cout<<"path0="<<path0<<std::endl;free(path0);//注意释放内存
}

切换工作目录

包含头文件：<unistd.h>
int chdir(const char *path);
返回值：0-成功；其它-失败（目录不存在或没有权限

创建目录

头文件sys/stat.h

int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);
/*
pathname-目录名。
mode-访问权限，如0755，不要省略前置的0。
返回值：0-成功；其它-失败（上级目录不存在或没有权限）。 /tmp/aaa  /tmp/aaa/bbb 
*/

删除目录

包含头文件： unistd.h

int rmdir(const char *path);
/*
path-目录名。
返回值：0-成功；其它-失败（目录不存在或没有权限）。
*/

获取存取权限access

access()用于判断当前用户对目录或文件的存取权限

含头文件：#include <unistd.h>

函数声明：
int access(const char *pathname, int mode);

参数说明：
pathname 目录或文件名。
mode 需要判断的存取权限。

在头文件<unistd.h>中的预定义如下：

#define R_OK 	4 	// 判断是否有读权限。
#define W_OK	2 	// 判断是否有写权限。
#define X_OK 	1 	// 判断是否有执行权限。
#define F_OK 	0  	// 判断是否存在。

当pathname满足mode权限返回0，不满足返回-1，errno被设置。

在实际开发中，access()函数主要用于判断目录或文件是否存在

void fun(){int flag = access("/opt/tmp/AA",F_OK);std::cout<<errno<<"."<<strerror(errno)<<std::endl;std::cout<<flag<<std::endl;
}

stat()库函数

stat结构体

struct stat结构体用于存放目录或文件的详细信息，如下：

struct stat
{dev_t st_dev;   	// 文件的设备编号。ino_t st_ino;   		// 文件的i-node。mode_t st_mode; 	// 文件的类型和存取的权限。nlink_t st_nlink;   	// 连到该文件的硬连接数目，刚建立的文件值为1。uid_t st_uid;   		// 文件所有者的用户识别码。gid_t st_gid;   		// 文件所有者的组识别码。dev_t st_rdev;  	// 若此文件为设备文件，则为其设备编号。off_t st_size;  		// 文件的大小，以字节计算。size_t st_blksize;	// I/O 文件系统的I/O 缓冲区大小。size_t st_blocks;  	// 占用文件区块的个数。time_t st_atime;  	// 文件最近一次被存取或被执行的时间，// 在用mknod、 utime、read、write 与tructate 时改变。time_t st_mtime;  	// 文件最后一次被修改的时间，// 在用mknod、 utime 和write 时才会改变。time_t st_ctime;  	// 最近一次被更改的时间，在文件所有者、组、 权限被更改时更新。
};

struct stat结构体的成员变量比较多，重点关注st_mode、st_size和st_mtime成员。

注意：st_mtime是一个整数表示的时间，需要程序员自己写代码转换格式。

st_mode成员的取值很多，用以下两个宏来判断：
S_ISREG(st_mode) // 是否为普通文件，如果是，返回真。
S_ISDIR(st_mode) // 是否为目录，如果是，返回真。

stat库函数

#include <sys/stat.h>

函数声明：int stat(const char *path, struct stat *buf);
stat()函数获取path参数指定目录或文件的详细信息，保存到buf结构体中。
返回值：0-成功，-1-失败，errno被设置。

void fun(){struct stat st;if((stat("/opt/codes/file.cpp",&st))!=0){std::cout<<"错误:"<<strerror(errno)<<std::endl;return;}if(S_ISREG(st.st_mode))std::cout<<"是一个文件，创建时间是"<<st.st_mtime<<std::endl;else if(S_ISDIR(st.st_mode))std::cout<<"是一个目录，创建时间是"<<st.st_mtime<<std::endl;
}

修改目录或文件的时间utime

#include <sys/types.h>
#include <utime.h>
函数声明：
int utime(const char *filename, const struct utimbuf *times);
utime()函数用来修改参数filename的st_atime和st_mtime。如果参数times为空地址，则设置为当前时间。结构utimbuf 声明如下：

struct utimbuf
{time_t actime;time_t modtime;
};

返回值：0-成功，-1-失败，errno被设置。

重命名rename

rename()函数用于重命名目录或文件，相当于操作系统的mv命令。

包含头文件：
#include <stdio.h>
函数声明：
int rename(const char *oldpath, const char *newpath);
参数说明：
oldpath 原目录或文件名。
newpath 目标目录或文件名。
返回值：0-成功，-1-失败，errno被设置。

删除remove

remove()函数用于删除目录或文件，相当于操作系统的rm命令。
包含头文件：
#include <stdio.h>
函数声明：
int remove(const char *pathname);
参数说明：
pathname 待删除的目录或文件名。
返回值：0-成功，-1-失败，errno被设置。

获取目录中文件的列表

文件存放在目录中，在处理文件之前，必须先知道目录中有哪些文件，所以要获取目录中文件的列表。

dirent.h

步骤一：用opendir()函数打开目录。
DIR *opendir(const char *pathname);
成功-返回目录的地址，失败-返回空地址。

步骤二：用readdir()函数循环的读取目录。
struct dirent *readdir(DIR *dirp);
成功-返回struct dirent结构体的地址，失败-返回空地址。

步骤三：用closedir()关闭目录。
int closedir(DIR *dirp);

目录指针：
DIR *目录指针变量名;

每次调用readdir()，函数返回struct dirent的地址，存放了本次读取到的内容。

struct dirent
{long d_ino;                    			// inode number 索引节点号。off_t d_off;                   			// offset to this dirent 在目录文件中的偏移。unsigned short d_reclen;     		// length of this d_name 文件名长度。unsigned char d_type;         		// the type of d_name 文件类型。char d_name [NAME_MAX+1];    // file name文件名，最长255字符。
};

重点关注结构体的d_name和d_type成员。
d_name-文件名或目录名。
d_type-文件的类型，有多种取值，最重要的是8和4，8-常规文件（A regular file）；4-子目录（A directory），其它的暂时不关心。注意，d_name的数据类型是字符，不可直接显示。

void test(char *dir){DIR *d;if((d=opendir(dir))==nullptr)return;struct dirent*stdinfo=nullptr;while(true){if((stdinfo=readdir(d))==nullptr)break;std::cout<<"文件名="<<stdinfo->d_name<<",文件类型="<<int(stdinfo->d_type)<<std::endl;}closedir(d);
}

Linux系统错误

在C++程序中，如果调用了库函数，可以通过函数的返回值判断调用是否成功。其实，还有一个整型的全局变量errno，存放了函数调用过程中产生的错误代码。
如果调用库函数失败，可以通过errno的值来查找原因，这也是调试程序的一个重要方法。
errno在<errno.h>中声明。
配合 strerror()和perror()两个库函数，可以查看出错的详细信息。

strerror库函数

在string.h，用于获取错误代码对应的详细信息

char *strerror(int errnum);                       	       // 非线程安全。
int strerror_r(int errnum, char *buf, size_t buflen);		// 线程安全。

gcc8.3.1一共有133个错误代码。

    for(int i = 0;i < 200;++i){std::cout<<strerror(i)<<std::endl;}int iret = mkdir("/opt/tmp",0755);std::cout<<"iret="<<iret<<std::endl;std::cout<<errno<<"."<<strerror(errno)<<std::endl;

perror()库函数

perror() 在<stdio.h>中声明，用于在控制台显示最近一次系统错误的详细信息，在实际开发中，服务程序在后台运行，通过控制台显示错误信息意义不大。（对调试程序略有帮助）

void perror(const char *s);

    int iret = mkdir("/opt/tmp",0755);std::cout<<"iret="<<iret<<std::endl;std::cout<<errno<<"."<<strerror(errno)<<std::endl;perror("最近的信息");
}

注意事项

1）调用库函数失败不一定会设置errno
并不是全部的库函数在调用失败时都会设置errno的值，以man手册为准（一般来说，不属于系统调用的函数不会设置errno，属于系统调用的函数才会设置errno）。

什么是系统调用？百度“库函数和系统调用的区别”。

2）errno不能作为调用库函数失败的标志
errno的值只有在库函数调用发生错误时才会被设置，当库函数调用成功时，errno的值不会被修改，不会主动的置为 0。

在实际开发中，判断函数执行是否成功还得靠函数的返回值，只有在返回值是失败的情况下，才需要关注errno的值。

    int iret = mkdir("/opt/tmp",0755);std::cout<<"iret="<<iret<<std::endl;std::cout<<errno<<"."<<strerror(errno)<<std::endl;iret = mkdir("/opt/tmp/aaa",0755);std::cout<<"iret="<<iret<<std::endl;std::cout<<errno<<"."<<strerror(errno)<<std::endl;perror("最近的信息");

上面的代码 第二次创建已经成功了，但是errno还是错误代码没有回归到0（成功代码）

Linux的信号

基本概念

信号（signal）是软件中断，是进程之间相互传递消息的一种方法，用于通知进程发生了事件，但是，不能给进程传递任何数据。

信号产生的原因有很多。在shell中可以使用kill或者killall发送信号

kill -信号类型 进程编号
killall -信号类型 进程名

信号的类型

Linux有64种信号：
列出比较重要的：

信号名	信号值	默认处理动作	发出信号的原因
SIGINT	2	A	键盘中断CTRL+C
SIGKILL	9	AEF	采用 kill -9 进程编号 强制杀死程序
SIGSEGV	11	CEF	无效的内存引用（数组越界、操作空指针和野指针等）
SIGALRM	14	A	由闹钟alarm()函数发出的信号
SIGTERM	15	A	采用“采用“kill 进程编号”或“killall 程序名”通知程序”或“killall 程序名”通知程序
SIGCHLD	17	B	子进程结束信号

其余的不是特别重要。

• A 缺省的动作是终止进程。
• B 缺省的动作是忽略此信号，将该信号丢弃，不做处理。
• C 缺省的动作是终止进程并进行内核映像转储（core dump）。
• D 缺省的动作是停止进程，进入停止状态的程序还能重新继续，一般是在调试的过程中。
• E 信号不能被捕获。
• F 信号不能被忽略。

信号的处理

进程对信号处理的方法有三种

• 对该信号的处理采用系统的默认操作，大部分的信号的默认操作是终止进程
• 设置信号的处理函数，收到信号后，由该函数来处理
• 忽略某个信号，对该信号不做任何处理，就像未发生过一样

默认、自定义、忽略

设置程序对信号处理方式的函数：signal()

函数声明：sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

• 参数signum 表示信号的编号（信号的值）。
• 参数handler表示信号的处理方式，有三种情况：
  1）SIG_DFL：恢复参数signum信号的处理方法为默认行为。
  2）一个自定义的处理信号的函数，函数的形参是信号的编号。
  3）SIG_IGN：忽略参数signum所指的信号。

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>void handle(int signNum){std::cout<<"收到信号："<<signNum<<std::endl;exit(0);//退出进程
}
int main(int argc,char*argv[]){signal(15,handle);while(true){std::cout<<"运行中..."<<std::endl;sleep(1);}return 0;}

每五秒处理一下handle函数

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>void handle(int signNum){std::cout<<"收到信号："<<signNum<<std::endl;alarm(5);
}
int main(int argc,char*argv[]){signal(14,handle);alarm(5);while(true){std::cout<<"运行中..."<<std::endl;sleep(1);}return 0;
}

第一个执行handle函数之后会把信号15设置为默认（终止进程）

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>void handle(int signNum){std::cout<<"收到信号："<<signNum<<std::endl;signal(15,SIG_DFL);
}
int main(int argc,char*argv[]){signal(15,handle);while(true){std::cout<<"运行中..."<<std::endl;sleep(1);}return 0;
}

信号有什么用

• 服务程序运行在后台，如果想让中止它，杀掉不是个好办法，因为进程被杀的时候，是突然死亡，没有安排善后工作。我们可以向服务程序发送一个信号，服务程序收到信号后，调用一个函数，在函数中编写善后的代码，程序就可以有计划的退出。

• 如果向服务程序发送0的信号，可以检测程序是否存活

善后工作

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>void EXIT(int signNum){std::cout<<"保存资源...\n释放资源...\n程序退出\n";// 进程退出。exit(0);
}
int main(int argc,char*argv[]){// 忽略全部的信号，防止程序被信号异常中止for(int i = 1;i <= 64;++i)signal(i,SIG_IGN);// 如果收到2和15的信号（Ctrl+c和kill、killall），本程序将主动退出signal(2,EXIT);signal(15,EXIT);while(true){std::cout<<"工作中...\n";sleep(1);}return 0;
}

服务程序正在运行：无反应
服务程序没运行：如下错误

发送信号

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。

进程终止

有8种方式可以终止紧张，

其中5种为正常终止：

• main()函数用return返回
• 任意函数中exit()函数
• 在任意函数中调用_exit()或者_Exit()函数
• 最后一个线程从其启动例程（线程主函数）用return返回；
• 在最后一个线程中调用pthread_exit()返回；

异常终止：

• abort()函数中止
• 接受一个信号
• 最后一个线程对取消请求做出响应

进程终止的状态

在main()函数中，return的返回值即终止状态，如果没有return语句或调用exit()，那么该进程的终止状态是0

shell中查看进程终止状态echo $?

正常终止进程的3个函数（exit()和_Exit()是由ISO C说明的，_exit()是由POSIX说明的）。
void exit(int status);
void _exit(int status);
void _Exit(int status);
status也是进程终止的状态

如果进程被异常终止，终止状态为非0

终止状态应用：服务程序的调度、日志和监控

资源释放问题

• return：调用局部对象的析构函数。main函数中的还会调用全局对象的析构函数
• exit()：不会调用局部对象的析构函数，会调用全局对象的析构函数，会执行清理工作
• _exit() _Exit()：直接退出，不会执行任何清理工作

#include<iostream>
#include<string.h>
using std::string;using std::cout;using std::endl;
class Test{
public:string name;Test(string name):name(name){cout<<"构造函数\n";}~Test(){cout<<name<<"析构函数\n";}
};Test t1("全局对象");
int main(){Test t2("局部对象");return 0;
}

#include<iostream>
#include<string.h>
using std::string;using std::cout;using std::endl;
class Test{
public:string name;Test(string name):name(name){cout<<"构造函数\n";}~Test(){cout<<name<<"析构函数\n";}
};Test t1("全局对象");
int main(){Test t2("局部对象");exit(0);
}

#include<iostream>
#include<string.h>
#include <unistd.h>
using std::string;using std::cout;using std::endl;
class Test{
public:string name;Test(string name):name(name){cout<<"构造函数\n";}~Test(){cout<<name<<"析构函数\n";}
};Test t1("全局对象");
int main(){Test t2("局部对象");_exit(0);
}

进程终止函数

进程可以用atexit()函数登记终止函数（最多32个），这些函数将由exit()自动调用。
int atexit(void (*function)(void));
exit()调用终止函数的顺序与登记时相反。 (先入后出)

作用：进程退出前的收尾工作

#include<iostream>#include <unistd.h>
using std::cout;using std::endl;void fun1(){cout<<"fun1\n";
}
void fun2(){cout<<"fun2\n";
}
int main(){atexit(fun1);atexit(fun2);exit(0);
}

调用可执行程序

Linux提供了system()函数和exec()函数族，在C++程序中，可以执行其它的程序（二进制文件、操作系统命令或Shell脚本）

system函数

system()函数提供了一种简单的执行程序的方法，把需要执行的程序和参数用一个字符串传给system()函数就行了

函数的声明：
int system(const char * string);

system()函数的返回值比较麻烦:

1）如果执行的程序不存在，system()函数返回非0；
2）如果执行程序成功，并且被执行的程序终止状态是0，system()函数返回0；
3）如果执行程序成功，并且被执行的程序终止状态不是0，system()函数返回非0。

执行终止状态为0

#include<iostream>
#include <stdlib.h>
using std::cout;
using std::endl;int main(){int res = system("/bin/ls /opt");cout<<"res="<<res<<endl;perror("system");
}

有错误

#include<iostream>
#include <stdlib.h>
using std::cout;
using std::endl;int main(){int res = system("/bin/lsss /opt");cout<<"res="<<res<<endl;perror("system");
}

exec函数族

exec函数族提供了另一种在进程中调用程序（二进制文件或Shell脚本）的方法

exec函数族的声明如下：

int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg,...,char * const envp[]);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execvpe(const char *file, char *const argv[],char *const envp[]);

注意：
1）如果执行程序失败则直接返回-1，失败原因存于errno中。
2）新进程的进程编号与原进程相同，但是，新进程取代了原进程的代码段、数据段和堆栈。
3）如果执行成功则函数不会返回，当在主程序中成功调用exec后，被调用的程序将取代调用者程序，也就是说，exec函数之后的代码都不会被执行
4）在实际开发中，最常用的是execl()和ex ecv()，其它的极少使用。

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;int main(int argc,char *argv[])
{int ret=execl("/bin/ls","/bin/ls","-lt","/tmp",0);  // 最后一个参数0不能省略。//下面的是不会运行的//因为新进程的进程编号与原进程相同，但是，新进程取代了原进程的代码段、数据段和堆栈cout << "ret=" << ret << endl;perror("execl");	/*char *args[10];args[0]="/bin/ls";args[1]="-lt";args[2]="/tmp";args[3]=0;     // 这行代码不能省略。int ret=execv("/bin/ls",args);cout << "ret=" << ret << endl;perror("execv");*/
}

创建进程

Linux的0、1和2号进程

整个Linux系统全部的进程是一个树形结构

0号进程（系统进程）是所有进程的祖先 ，它创建了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

pstree可以查看进程树

pstree -p 进程编号

进程标识

每个进程都有一个非负整数表示的唯一的进程ID。

虽然是唯一的ID，但是进程ID可以复用。

当一个进程终止后，其进程ID就成为了复用的候选者

Linux采用延迟复用算法，让新创建进程的ID不同于最近终止的进程所使用的ID，这样防止了新进程被误认为是使用同一ID的某个已终止的进程

pid_t getpid(void); 获取当前进程的ID
pid_t getppid(void); 获取父进程的ID

fork函数

一个现有的进程可以调用fork()函数创建一个新进程

pid_t fork(void);

fork创建的是子进程，子进程是父进程的副本，父进程和子进程都从调用fork()之后的代码开始执行（fork之后的代码父进程和子进程都会执行）

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，通过返回值可以区分子进程和父进程

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；
• 但是子进程和主进程变量的地址是一样的，这里是虚拟地址而不是物理地址，系统做了处理只是看起来相同
• 地址一样：如果存在引用，那么一开始就是确定了地址，子进程和主进程要访问引用必须是一样的地址
• fork之后，主进程和子进程执行顺序是不确定的

地址相同，子进程修改变量不会影响父进程

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
using namespace std;
int main(){string name = "yb0os1";int num = 5;int&rnum = num;//引用指向地址不可变 所以子进程和父进程变量地址相同//子进程返回0 父进程返回子进程的pidpid_t pid = fork();if (pid>0){/* 父进程 */sleep(1);cout<<"父进程："<<num<<"-"<<name<<endl;cout<<"父进程："<<&num<<"-"<<&name<<endl;}else{/* 子进程 */name="yyy";num = 120;cout<<"子进程："<<num<<"-"<<name<<endl;cout<<"子进程："<<&num<<"-"<<&name<<endl;}return 0;
}

fork的用法

• 父进程复制自己，然后，父进程和子进程分别执行不同的代码。这种用法在网络服务程序中很常见，父进程等待客户端的连接请求，当请求到达时，父进程调用fork()，让子进程处理些请求，而父进程则继续等待下一个连接请求
• 进程要执行另一个程序。这种用法在Shell中很常见，子进程从fork()返回后立即调用exec

exec新进程取代旧进程，这样对父进程就没有影响
system就是这样原理（父进程创建一个子进程）

#include<iostream>
#include<unistd.h>using namespace std;
int main(){if(fork()>0){while(true){cout<<"父进程..."<<endl;sleep(1);}}else{sleep(5);execl("/bin/ls","/bin/ls","-lt","/opt",0);//0不可以省略cout<<"子进程结束..."<<endl;}return 0;
}

共享文件

fork()的一个特性是在父进程中打开的文件描述符都会被复制到子进程中，父进程和子进程共享同一个文件偏移量，也就是说会写入两份，不会覆盖

如果父进程和子进程写同一描述符指向的文件，但又没有任何形式的同步，那么它们的输出可能会相互混合。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <unistd.h>
using  namespace std;int main()
{ofstream fout;fout.open("/tmp/tmp.txt");  // 打开文件。fork();for (int ii=0;ii<10000000;ii++) // 向文件中写入一千万行数据。{fout << "进程" << getpid() << "西施" << ii << "极漂亮" << "\n";   }fout.close();    // 关闭文件。
}

vfork()

返回值和fork函数相同，但是两者语义不同

vfork函数创建一个进程，而该新进程的目的是exec一个新程序，它不复制父进程的地址空间，因为子进程会立即调用exec，于是也就不会使用父进程的地址空间。如果子进程使用了父进程的地址空间，可能会带来未知的结果。

另外一个区别：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，那么子进程将被1号进程托管（这也是让程序在后台运行的方法）

#include<iostream>
#include<unistd.h>using namespace std;
int main(){if(fork()>0)return 0; //是主进程就退出//子进程后台运行for(int i = 0;i < 10;++i){sleep(1);cout<<"程序后台运行"<<endl;}return 0;
}

#include<iostream>
#include<unistd.h>using namespace std;
int main(){if(fork()>0){sleep(10);cout<<"主进程结束..."<<endl;}else{for(int i = 0;i < 100;++i){sleep(1);cout<<"子进程"<<endl;}}return 0;
}

如果子进程比父进程先退出，而且父进程没有处理子进程退出的信息，那么子进程将变成僵尸进程

僵尸进程

#include<iostream>
#include<unistd.h>using namespace std;
int main(){if(fork()==0)return 0; for(int i = 0;i < 100;++i){sleep(1);cout<<"父进程"<<endl;}return 0;
}

僵尸进程危害

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

避免僵尸进程

一、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

但是这样做父进程捕获不得子进程的退出信息

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
using namespace std;
int main(){signal(SIGCHLD,SIG_IGN);if(fork()==0)return 0; for(int i = 0;i < 100;++i){sleep(1);cout<<"父进程"<<endl;}return 0;
}

二、父进程通过wait()/waitpid函数等待子进程结束，在子进程退出之前父进程将被阻塞

pid_t wait(int *stat_loc);
pid_t waitpid(pid_t pid, int *stat_loc, int options);
pid_t wait3(int *status, int options, struct rusage *rusage);
pid_t wait4(pid_t pid, int *status, int options, struct rusage *rusage);

返回的是子进程的编号

父进程会一直等待，wait之后的代码无法执行，直到子进程退出之后，wait之后的代码才可以正常执行

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
using namespace std;
int main(){if(fork()>0){int sts;pid_t pid=wait(&sts);cout << "已终止的子进程编号是：" << pid<< endl;sleep(30);if(WIFEXITED(sts)){cout<<"子进程正常退出，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;}} else{pid_t pid = getpid();cout<<pid<<endl;sleep(10);return 0;}return 0;
}

三、如果父进程很忙，可以捕获SIGCHLD信号，在信号处理函数中调用wait()/waitpid()

这样可以实现父进程代码正常运行，并且可以处理子进程的退出

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include<signal.h>
using namespace std;
void handle(int sig){//这个形参是必须要有的int sts;pid_t pid = wait(&sts);cout<<"已终止的子进程pid:"<<pid<<endl;if(WIFEXITED(sts)){cout<<"子进程正常退出,退出的状态是:"<<WEXITSTATUS(sts)<<endl;}else{cout<<"子进程异常退出,终止的信号是:"<<WTERMSIG(sts)<<endl;}
}
int main(){signal(SIGCHLD,handle);if(fork()>0){while(true){sleep(1);cout<<"父进程在忙"<<endl;}}else{sleep(5);cout<<"我是子进程,pid:"<<getpid()<<",我父进程的pid:"<<getppid()<<endl;return 0;}return 0;
}

多进程与信号

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

子自己退，父管理子

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>using namespace std;void childEXIT(int sig);
void fatherEXIT(int sig);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 2signal(SIGTERM,fatherEXIT);signal(SIGINT,fatherEXIT);while(true){if(fork()>0){sleep(3);continue;}else{signal(SIGTERM,childEXIT);signal(SIGINT,SIG_IGN);//子进程后台运行 一般没办法触发ctrl+cwhile(true){cout<<"子进程"<<getpid()<<"正在运行"<<endl;sleep(3);}}}return 0;
}void childEXIT(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 一般子进程不会收到两次中断信号 但是加上也可以signal(SIGTERM,SIG_IGN);signal(SIGINT,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);
}
void fatherEXIT(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 一般子进程不会收到两次中断信号 但是加上也可以signal(SIGTERM,SIG_IGN);signal(SIGINT,SIG_IGN);cout<<"父进程退出 sig="<<sig<<endl;kill(0,SIGTERM);//也会把中断信号发给自己 所以需要上面的代码// 在这里增加释放资源的代码（全局的资源）exit(0);
}

共享内存

在多线程中，多线程共享内存空间，如果多个线程想要访问同一块内存，定义全局变量就行

在多进程中，每个进程的地址空间是独立的，不共享的。如果多个进程想要访问同一块内存空间，不能使用全局变量，只能使用共享内存。

概念

共享内存（Shared Memory）允许多个进程（不要求进程之间有血缘关系）访问同一个内存空间，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。

ipcs -m可以查看共享内存段
ipcrm -m 共享内存id 可以手工删除共享内存

shmget函数（创建/获取）

用于创建/获取共享内存

函数原型：
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

• key：共享内存的键值，是一个无符号整数（typedef unsigned int key_t），一般采用十六进制，不同共享空间的key不相同
• size：共享内存的大小，以字节为单位（sizeof计算也可以）
• shmflg：共享内存的访问控制权限，与文件的权限一样，例如0666|IPC_CREAT。0666（八进制）表示全部用户对它可读写，IPC_CREAT表示如果不存在就创建
• 返回值：成功返回共享内存的id，失败返回-1（系统内存不足、没有权限）
  注意：共享内存不可是STL容器，只能是C++内置数据类型

#include<iostream>
#include<sys/shm.h>
using namespace std;
struct Person{int age;char name[20];
};int main(){int shmid = shmget(0x0050,sizeof(Person),0666|IPC_CREAT);if(shmid==-1) {cout<<"shmget(0x5005) failed.\n"; return -1;}cout<<"创建成功："<<shmid<<"\n";return 0;
}

shmat函数（连接）

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返回的共享内存的标识
• shmaddr：指定共享内存连接到当前进程中的地址位置，通常填0（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（分离）

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
• 返回值：成功返回0，失败返回-1

#include<iostream>
#include<sys/shm.h>
using namespace std;
struct Person{//只允许是c++内置数据类型 不允许是STL容器int age;char name[20];
};int main(int argc,char *argv[]){if(argc!=3){cout<<"输入不符合 请按以下形式: ./demo name age"<<endl;return -1;}//创建or获取共享内存int shmid = shmget(0x0050,sizeof(Person),0666|IPC_CREAT);if(shmid==-1) {cout<<"shmget(0x5005) failed.\n"; return -1;}cout<<"shmid="<<shmid<<"\n";//连接到当前进程地址空间Person*ptr = (Person*)shmat(shmid,0,0);//shmat返回的是void* 所以需要强制转化一下cout<<"初始值："<<ptr->name<<"-"<<ptr->age<<endl;strcpy(ptr->name,argv[1]);ptr->age = atoi(argv[2]);cout<<"赋值之后："<<ptr->name<<"-"<<ptr->age<<endl;//从当前进程地址空间分离int isDel = shmdt(ptr);if(isDel!=-1)cout<<"将"<<ptr<<"从当前进程地址空间分离成功"<<endl;return 0;
}

shmctl函数（删除）

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的id
• command：操作共享内存的指令，删除填 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

#include<iostream>
#include<sys/shm.h>
using namespace std;
struct Person{//只允许是c++内置数据类型 不允许是STL容器int age;char name[20];
};int main(int argc,char *argv[]){if(argc!=3){cout<<"输入不符合 请按以下形式: ./demo name age"<<endl;return -1;}//创建or获取共享内存int shmid = shmget(0x0050,sizeof(Person),0666|IPC_CREAT);if(shmid==-1) {cout<<"shmget(0x5005) failed.\n"; return -1;}cout<<"shmid="<<shmid<<"\n";//连接到当前进程地址空间Person*ptr = (Person*)shmat(shmid,0,0);//shmat返回的是void* 所以需要强制转化一下if(ptr==(void*)-1){cout<<"连接失败"<<endl;return -1;}cout<<"初始值："<<ptr->name<<"-"<<ptr->age<<endl;strcpy(ptr->name,argv[1]);ptr->age = atoi(argv[2]);cout<<"赋值之后："<<ptr->name<<"-"<<ptr->age<<endl;//从当前进程地址空间分离int isDel = shmdt(ptr);if(isDel!=-1)cout<<"将"<<ptr<<"从当前进程地址空间分离成功"<<endl;//删除共享内存if(shmctl(shmid,IPC_RMID,0)==-1){cout<<"删除失败"<<endl;return -1;}return 0;
}

如果结构体使用了STL呢？

会出现段错误，为什么？
STL容器动态的分配堆区内存，堆区内存不属于共享内存

循环队列、信号量、生产/消费者模型的源代码

循环队列and普通使用

_public.h

#include<iostream>
#include<cstring>
template<typename T,int MaxLength>
class Squeue{
private:bool is_inited;//是否已经初始化int head;//头int tail;//尾T data[MaxLength];int length;//实际长度Squeue(const Squeue&)=delete;//禁用拷贝构造函数Squeue operator=(const Squeue&)=delete;//禁用拷贝赋值函数
public:Squeue(){init();}void init(){if(!is_inited){head=0;tail = MaxLength-1;is_inited = true;length=0;memset(data,0,sizeof(data));}}bool full(){return length == MaxLength;}bool push(T m){if(!full()){tail = (tail+1)%MaxLength;data[tail]=m;++length;return true;}std::cout<<"push failed!\n";return false;}int size(){return length;}bool empty(){return length==0;}T&front(){return data[head];}//如果加上判断是否为空，当为空的时候没有返回bool pop(){if(!empty()){head=(head+1)%MaxLength;--length;return true;}std::cout<<"pop failed!\n";return false;}void print(){for(int i=0;i<length;++i)std::cout<<"data["<<(head+i)%MaxLength<<"]="<<data[(head+i)%MaxLength]<<"\n";}
};

demo1.cpp

#include"_public.h"
using namespace std;int main(){Squeue<int,5>sq;sq.push(12);sq.push(4);sq.push(9);cout<<"sq.size()="<<sq.size()<<"\n";sq.print();sq.pop();sq.pop();sq.push(13);sq.push(42);sq.push(19);sq.push(123);sq.push(2);sq.push(10);cout<<"sq.size()="<<sq.size()<<"\n";sq.print();return 0;
}

循环队列and共享内存

_public.h

#include<iostream>
#include<cstring>
template<typename T,int MaxLength>
class Squeue{
private:bool is_inited;//是否已经初始化int head;//头int tail;//尾T data[MaxLength];int length;//实际长度Squeue(const Squeue&)=delete;//禁用拷贝构造函数Squeue operator=(const Squeue&)=delete;//禁用拷贝赋值函数
public:Squeue(){init();}void init(){if(!is_inited){head=0;tail = MaxLength-1;is_inited = true;length=0;memset(data,0,sizeof(data));}}bool full(){return length == MaxLength;}bool push(T m){if(!full()){tail = (tail+1)%MaxLength;data[tail]=m;++length;return true;}std::cout<<"push failed!\n";return false;}int size(){return length;}bool empty(){return length==0;}T&front(){return data[head];}bool pop(){if(!empty()){head=(head+1)%MaxLength;--length;return true;}std::cout<<"pop failed!\n";return false;}void print(){for(int i=0;i<length;++i)std::cout<<"data["<<(head+i)%MaxLength<<"]="<<data[(head+i)%MaxLength]<<"\n";}
};

demo2.cpp

#include"_public.h"
using namespace std;int main(){int shmid = shmget(0x0A5E,sizeof(Squeue<int,6>),0640|IPC_CREAT);if(shmid==-1){cout<<"shmget failed\n";return -1;}Squeue<int,6>*QQ = (Squeue<int,6>*)shmat(shmid,0,0);QQ->init();//不会自动调用构造函数 所以要initif(QQ==(void*)-1){cout<<"shmat failed!\n";return -1;}QQ->push(12);QQ->push(23);QQ->push(99);QQ->push(16);cout<<"队列的长度："<<QQ->size()<<endl;QQ->print();cout<<"队头元素："<<QQ->front()<<endl;QQ->pop();cout<<"队头元素："<<QQ->front()<<endl;QQ->pop();QQ->push(61);QQ->push(78);QQ->push(8);QQ->push(6);QQ->push(112);QQ->push(65);cout<<"队列的长度："<<QQ->size()<<endl;QQ->print();cout<<QQ->empty()<<endl;shmdt(QQ);return 0;
}

信号量and共享内存

信号量可以实现进程同步，本质是一个非负数的计数器，用于给共享内存资源建立一个标识，表示该共享资源被占用情况

两种操作

• P操作（wait）：将信号量值-1，如果信号量的值为0，将阻塞等待，直到信号量的值大于0
• V操作（post）：将信号量值+1，任何时候都不会阻塞

应用

• 如果约定信号量的取值只有0或者1（0-资源不可用，1-资源可用），可以实现互斥锁
• 如果约定信号量的取值表示可用资源的数量，可以实现生产/消费者模型

_public.h

#ifndef _PUBLIC
#define _PUBLIC#include<iostream>
#include<cstring>
#include <unistd.h>
#include<sys/shm.h>
#include<sys/sem.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
template<typename T,int MaxLength>
class Squeue{
private:bool is_inited;//是否已经初始化int head;//头int tail;//尾T data[MaxLength];int length;//实际长度Squeue(const Squeue&)=delete;//禁用拷贝构造函数Squeue operator=(const Squeue&)=delete;//禁用拷贝赋值函数
public:Squeue(){init();}void init(){if(!is_inited){head=0;tail = MaxLength-1;is_inited = true;length=0;memset(data,0,sizeof(data));}}bool full(){return length == MaxLength;}bool push(T m){if(!full()){tail = (tail+1)%MaxLength;data[tail]=m;++length;return true;}std::cout<<"push failed!\n";return false;}int size(){return length;}bool empty(){return (length==0);}T& front(){return data[head];  }bool pop(){if(!empty()){head=(head+1)%MaxLength;--length;return true;}std::cout<<"pop failed!\n";return false;}void print(){for(int i=0;i<length;++i)std::cout<<"data["<<(head+i)%MaxLength<<"]="<<data[(head+i)%MaxLength]<<"\n";}
};class csemp{
private:union semun{int val;struct semid_ds *buf;unsigned short *arry;};int semid;//信号量id（描述符） 未初始化为-1  初始化之后为返回的id/*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。sem_flg设置为0，操作系统不会把信号量恢复为初始值1、如果用于互斥锁，sem_flg设置为SEM_UNDO，也就是全部进程终止后，操作系统将锁设置为解锁状态2、如果用于生产/消费者模型，sem_flg设置为0， */short sem_flg;csemp(const csemp&)=delete;csemp& operator=(const csemp&)=delete;
public:csemp():semid(-1){}/*初始化：如果信号量已经存在，获取如果信号量不存在，创建，并且初始化为value用于互斥锁：value=1，sem_flg=SEM_UNDO用于生产/消费者模型：value=0，SEM_UNDO=0key：信号量的标识符（唯一）value：值sem_flg_y：*/bool init(key_t key,unsigned short value=1,short sem_flg_y=SEM_UNDO);bool wait(short value=-1);//P操作 -1 如果信号量的值是0，将阻塞等待，直到信号量的值大于0bool post(short value=1);//V操作  +1int getValue();//获取信号量的值，成功返回信号量 失败返回-1bool destroy();//销毁信号量~csemp()=default;
};#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。default
// 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_y){if(semid != -1)return false;//已经初始化sem_flg = sem_flg_y;// 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((semid = semget(key,1,0640)) == -1){//信号量不存在if(errno == ENOENT){//创建信号量：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((semid=semget(key,1,0640|IPC_CREAT|IPC_EXCL))==-1){//创建信号量失败，也就是已经存在信号量  再次获取信号量/*为什么上面已经判断信号量不存在这里还可能存在？多进程，存在多个进程同时进入获取的信号量不存在，但是只有一个创建，创建之后就存在了*/if(errno==EEXIST){if((semid=semget(key,1,0640))==-1){//获取失败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valueunion semun sem_union;sem_union.val = value;if(semctl(semid,0,SETVAL,sem_union)<0){perror("init semctl");return false;}}else{//其他错误（不是信号量不存在的错误）perror("init 3 semget");return false;}}return true;//获取成功直接返回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(semid==-1)return false;//未初始化 不可操作struct sembuf sem_b={0,value,sem_flg};//和以下等价/*sem_b.sem_num = 0;//信号量编码 0代表第一个信号sem_b.sem_op = value; //p操作的value必须小于0sem_b.sem_flg = sem_flg; */if(semop(semid,&sem_b,1)==-1){//semop进行PV操作 是P还是V看v sembuf的valueperror("P semop()");return false;}return true;
}// 信号量的V操作（把信号量的值加value）。
bool csemp::post(short value){if(semid==-1)return false;struct sembuf sem_b={0,value,sem_flg};//和以下等价/*sem_b.sem_num = 0;//信号量编码 0代表第一个信号sem_b.sem_op = value; //p操作的value必须小于0sem_b.sem_flg = sem_flg; */if(semop(semid,&sem_b,1)==-1){perror("V semop()");return false;}return true;
}int csemp::getValue(){return semctl(semid,0,GETVAL);
}bool csemp::destroy(){if(semid==-1)return false;if(semctl(semid,0,IPC_RMID)==-1){perror("destroy semctl()");return false;}return true;
}

demo3.cpp

#include"_public.h"
using namespace std;
struct stgirl{int  id;        // 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 id name\n";return -1;}int shmid = shmget(0x0500,sizeof(stgirl),0640|IPC_CREAT);if(shmid==-1){cout << "shmget(0x5005) failed.\n"; return -1; }stgirl*gl = (stgirl*)shmat(shmid,0,0);if(gl==(void*)-1){cout<<"shmat() failed\n";return -1;}csemp mutex;if(mutex.init(0x0500)==-1){cout<<"csemp init failed\n";return -1;}// 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idcout<<"lock...\n";mutex.wait();cout<<"old::id="<<gl->id<<",name="<<gl->name<<endl;gl->id = atoi(argv[1]);strcpy(gl->name,argv[2]);cout<<"new::id="<<gl->id<<",name="<<gl->name<<endl;sleep(10);mutex.post();cout<<"unlock...\n";shmdt(gl);// mutex.destroy();// if(shmctl(shmid,IPC_RMID,0)==-1){//     cout << "shmctl failed\n"; //     return -1; // }return 0;
}

生产消费者模型(重难点)

生产者

//生产者
#include"_public.h"
using namespace std;
using Elem = Person;
int main(){// 初始化共享内存int shmid = shmget(0x0555,sizeof(Squeue<Elem,5>),0640|IPC_CREAT);if(shmid==-1){cout<<"shmget failed!\n";return -1;}// 把共享内存连接到当前进程的地址空间Squeue<Elem,5>*QQ = (Squeue<Elem,5>*)shmat(shmid,0,0);if(QQ==(void*)-1){cout<<"shmat failed!\n";return -1;}QQ->init();// 初始化循环队列Elem e; // 创建一个数据元素csemp mutex;mutex.init(0x0501);// 用于给共享内存加锁csemp cond;cond.init(0x0502,0,0);// 信号量的值用于表示队列中数据元素的个数mutex.wait();//上锁e.age=18;e.sex='M';strcpy(e.name,"彬彬");QQ->push(e);e.age=28;e.sex='W';strcpy(e.name,"西施");QQ->push(e);e.age=24;e.sex='W';strcpy(e.name,"貂蝉");QQ->push(e);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return 0;
}

消费者

//消费者
#include"_public.h"
using namespace std;
using Elem = Person;
int main(){// 获取共享内存int shmid = shmget(0x0555,sizeof(Squeue<Elem,5>),0640|IPC_CREAT);if(shmid==-1){cout<<"shmget failed!\n";return -1;}// 把共享内存连接到当前进程的地址空间Squeue<Elem,5>*QQ = (Squeue<Elem,5>*)shmat(shmid,0,0);if(QQ==(void*)-1){cout<<"shmat failed!\n";return -1;}QQ->init();// 初始化循环队列Elem e; // 创建一个数据元素csemp mutex;mutex.init(0x0501);// 用于给共享内存加锁csemp cond;cond.init(0x0502,0,0);// 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()){mutex.post();//解锁cond.wait();// 等待生产者的唤醒信号  QQ是空就是代表cond的信号量为0 为0P操作则等待mutex.wait();}// 数据出队e = QQ->front();QQ->pop();mutex.post(); // 解锁cout <<"name="<< e.name<<",age=" << e.age << ",sex=" << ((e.sex=='M')?"男":"女")<<endl;sleep(1);}shmdt(QQ);
}

_public.h

#ifndef _PUBLIC
#define _PUBLIC#include<iostream>
#include<cstring>
#include <unistd.h>
#include<sys/shm.h>
#include<sys/sem.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
struct Person{int age;char sex;char name[51];
};
template<typename T,int MaxLength>
class Squeue{
private:bool is_inited;//是否已经初始化int head;//头int tail;//尾T data[MaxLength];int length;//实际长度Squeue(const Squeue&)=delete;//禁用拷贝构造函数Squeue operator=(const Squeue&)=delete;//禁用拷贝赋值函数
public:Squeue(){init();}void init(){if(!is_inited){head=0;tail = MaxLength-1;is_inited = true;length=0;memset(data,0,sizeof(data));}}bool full(){return length == MaxLength;}bool push(T m){if(!full()){tail = (tail+1)%MaxLength;data[tail]=m;++length;return true;}std::cout<<"push failed!\n";return false;}int size(){return length;}bool empty(){return (length==0);}T& front(){return data[head];  }bool pop(){if(!empty()){head=(head+1)%MaxLength;--length;return true;}std::cout<<"pop failed!\n";return false;}void print(){for(int i=0;i<length;++i)std::cout<<"data["<<(head+i)%MaxLength<<"]="<<data[(head+i)%MaxLength]<<"\n";}
};class csemp{
private:union semun{int val;struct semid_ds *buf;unsigned short *arry;};int semid;//信号量id（描述符） 未初始化为-1  初始化之后为返回的id/*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。sem_flg设置为0，操作系统不会把信号量恢复为初始值1、如果用于互斥锁，sem_flg设置为SEM_UNDO，也就是全部进程终止后，操作系统将锁设置为解锁状态2、如果用于生产/消费者模型，sem_flg设置为0， */short sem_flg;csemp(const csemp&)=delete;csemp& operator=(const csemp&)=delete;
public:csemp():semid(-1){}/*初始化：如果信号量已经存在，获取如果信号量不存在，创建，并且初始化为value用于互斥锁：value=1，sem_flg=SEM_UNDO用于生产/消费者模型：value=0，SEM_UNDO=0key：信号量的标识符（唯一）value：值sem_flg_y：*/bool init(key_t key,unsigned short value=1,short sem_flg_y=SEM_UNDO);bool wait(short value=-1);//P操作 -1 如果信号量的值是0，将阻塞等待，直到信号量的值大于0bool post(short value=1);//V操作  +1int getValue();//获取信号量的值，成功返回信号量 失败返回-1bool destroy();//销毁信号量~csemp()=default;
};#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。default
// 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_y){if(semid != -1)return false;//已经初始化sem_flg = sem_flg_y;// 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((semid = semget(key,1,0640)) == -1){//信号量不存在if(errno == ENOENT){//创建信号量：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((semid=semget(key,1,0640|IPC_CREAT|IPC_EXCL))==-1){//创建信号量失败，也就是已经存在信号量  再次获取信号量/*为什么上面已经判断信号量不存在这里还可能存在？上面两个操作不是原子操作多进程，存在多个进程同时进入获取的信号量不存在，但是只有一个创建，创建之后就存在了*/if(errno==EEXIST){if((semid=semget(key,1,0640))==-1){//获取失败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valueunion semun sem_union;sem_union.val = value;if(semctl(semid,0,SETVAL,sem_union)<0){perror("init semctl");return false;}}else{//其他错误（不是信号量不存在的错误）perror("init 3 semget");return false;}}return true;//获取成功直接返回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(semid==-1)return false;//未初始化 不可操作struct sembuf sem_b={0,value,sem_flg};//和以下等价/*sem_b.sem_num = 0;//信号量编码 0代表第一个信号sem_b.sem_op = value; //p操作的value必须小于0sem_b.sem_flg = sem_flg; */if(semop(semid,&sem_b,1)==-1){//semop进行PV操作 是P还是V看v sembuf的valueperror("P semop()");return false;}return true;
}// 信号量的V操作（把信号量的值加value）。
bool csemp::post(short value){if(semid==-1)return false;struct sembuf sem_b={0,value,sem_flg};//和以下等价/*sem_b.sem_num = 0;//信号量编码 0代表第一个信号sem_b.sem_op = value; //p操作的value必须小于0sem_b.sem_flg = sem_flg; */if(semop(semid,&sem_b,1)==-1){perror("V semop()");return false;}return true;
}int csemp::getValue(){return semctl(semid,0,GETVAL);
}bool csemp::destroy(){if(semid==-1)return false;if(semctl(semid,0,IPC_RMID)==-1){perror("destroy semctl()");return false;}return true;
}

线程

后续更新分p

后续补充