面试题：C语言Linux共享内存管理的同步问题

1. 信号量解决共享内存同步访问原理

在多进程环境下，信号量是一种计数器，用于控制对共享资源（如共享内存）的访问。

初始化信号量：设置信号量的初始值，通常为1，表示共享资源可用。如果初始值为0，则表示共享资源已被占用。
获取信号量：进程在访问共享内存前，先获取信号量。若信号量值大于0，则将其值减1，进程获得访问权；若信号量值为0，则进程阻塞，直到信号量值大于0。
释放信号量：进程访问完共享内存后，释放信号量，即将信号量值加1，唤醒其他阻塞的进程。

2. 代码示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
#include <unistd.h>

// 定义信号量操作函数
union semun {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
    struct seminfo *__buf;
};

void semaphore_p(int semid) {
    struct sembuf sem_op;
    sem_op.sem_num = 0;
    sem_op.sem_op = -1;
    sem_op.sem_flg = SEM_UNDO;
    semop(semid, &sem_op, 1);
}

void semaphore_v(int semid) {
    struct sembuf sem_op;
    sem_op.sem_num = 0;
    sem_op.sem_op = 1;
    sem_op.sem_flg = SEM_UNDO;
    semop(semid, &sem_op, 1);
}

int main() {
    key_t key;
    int shmid, semid;
    char *shared_memory;

    // 创建键值
    key = ftok(".", 'a');
    if (key == -1) {
        perror("ftok");
        exit(1);
    }

    // 创建共享内存
    shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0666);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget");
        exit(1);
    }

    // 挂载共享内存
    shared_memory = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
    if (shared_memory == (void *)-1) {
        perror("shmat");
        exit(1);
    }

    // 创建信号量
    semid = semget(key, 1, IPC_CREAT | 0666);
    if (semid == -1) {
        perror("semget");
        exit(1);
    }

    // 初始化信号量
    union semun sem_set;
    sem_set.val = 1;
    if (semctl(semid, 0, SETVAL, sem_set) == -1) {
        perror("semctl");
        exit(1);
    }

    // 创建子进程
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        exit(1);
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程写共享内存
        semaphore_p(semid);
        printf("子进程正在写入共享内存...\n");
        sprintf(shared_memory, "Hello, shared memory!");
        semaphore_v(semid);
        // 分离共享内存
        if (shmdt(shared_memory) == -1) {
            perror("shmdt in child");
            exit(1);
        }
    } else {
        // 父进程读共享内存
        wait(NULL);
        semaphore_p(semid);
        printf("父进程正在读取共享内存: %s\n", shared_memory);
        semaphore_v(semid);
        // 分离共享内存
        if (shmdt(shared_memory) == -1) {
            perror("shmdt in parent");
            exit(1);
        }
        // 删除共享内存
        if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
            perror("shmctl");
            exit(1);
        }
        // 删除信号量
        if (semctl(semid, 0, IPC_RMID) == -1) {
            perror("semctl");
            exit(1);
        }
    }

    return 0;
}

3. 代码说明

信号量操作函数：semaphore_p 函数用于获取信号量（P操作），semaphore_v 函数用于释放信号量（V操作）。
共享内存和信号量创建：使用 ftok 创建键值，通过 shmget 创建共享内存，semget 创建信号量，并使用 semctl 初始化信号量。
进程操作：子进程先获取信号量，写入数据后释放信号量；父进程等待子进程完成写入，获取信号量后读取数据，最后释放信号量，并清理共享内存和信号量资源。

面试题：C语言Linux共享内存管理的同步问题

知识考点

面试题答案

1. 信号量解决共享内存同步访问原理

2. 代码示例

3. 代码说明