面试题：C语言共享内存访问控制中的同步机制

常用同步机制

互斥锁（Mutex）：
- 互斥锁是一种特殊的二元信号量，取值只有0和1。它的作用是保证在同一时刻只有一个进程能够访问共享资源。当一个进程获取到互斥锁（将其值设为0），其他进程就不能再获取，直到该进程释放互斥锁（将其值设为1）。
- 优点：简单高效，适用于大多数需要保护共享资源的场景。
- 缺点：如果一个进程在持有互斥锁时发生异常终止，可能会导致其他进程永远无法获取锁，即死锁情况。
信号量（Semaphore）：
- 信号量可以是一个任意的非负整数。它通过计数器来控制对共享资源的访问。当一个进程想要访问共享资源时，它需要先获取信号量（将计数器减1），如果计数器的值为0，则该进程被阻塞，直到其他进程释放信号量（将计数器加1）。
- 优点：适用于需要控制同时访问共享资源的进程数量的场景，比互斥锁更灵活。
- 缺点：使用相对复杂，需要正确地初始化和操作信号量的值，否则容易出现死锁或资源泄漏。
条件变量（Condition Variable）：
- 条件变量通常与互斥锁一起使用。它允许进程在某个条件满足时被唤醒。例如，当共享内存中的数据达到某个特定状态时，等待在条件变量上的进程可以被唤醒。
- 优点：能够实现更复杂的同步逻辑，避免不必要的忙等待。
- 缺点：需要与互斥锁配合使用，编程复杂度较高，容易出现死锁。

使用信号量保证共享内存数据一致性的代码示例

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

#define SHM_SIZE 1024

int main() {
    key_t key = ftok(".", 'a');
    if (key == -1) {
        perror("ftok");
        return 1;
    }

    int shmid = shmget(key, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0666);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget");
        return 1;
    }

    char *shmaddr = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
    if (shmaddr == (void *)-1) {
        perror("shmat");
        return 1;
    }

    sem_t *sem_id = sem_open("/mysem", O_CREAT, 0666, 1);
    if (sem_id == SEM_FAILED) {
        perror("sem_open");
        return 1;
    }

    if (fork() == 0) {
        // 子进程
        sem_wait(sem_id);
        // 访问共享内存
        sprintf(shmaddr, "Hello from child");
        printf("Child process wrote to shared memory: %s\n", shmaddr);
        sem_post(sem_id);
    } else {
        // 父进程
        sem_wait(sem_id);
        // 访问共享内存
        sprintf(shmaddr, "Hello from parent");
        printf("Parent process wrote to shared memory: %s\n", shmaddr);
        sem_post(sem_id);
        wait(NULL);
    }

    sem_close(sem_id);
    sem_unlink("/mysem");
    shmdt(shmaddr);
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}

在上述代码中：

ftok 用于生成一个唯一的键值，用于共享内存和信号量的标识。
shmget 创建共享内存段。
shmat 将共享内存段连接到进程的地址空间。
sem_open 创建并初始化一个信号量，初始值为1，表示允许一个进程访问共享资源。
在父子进程中，通过 sem_wait 获取信号量，访问共享内存，然后通过 sem_post 释放信号量。
最后，关闭并删除信号量，分离共享内存段并删除共享内存。

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面试题：C语言共享内存访问控制中的同步机制

知识考点

面试题答案

常用同步机制

使用信号量保证共享内存数据一致性的代码示例