Linux共享内存编程实例
rust shared_memory 案例
rust shared_memory 案例Rust是一种系统级语言，支持并发编程。
其中一个强大的功能是共享内存，让多个线程可以在同一块内存区域上同时进行读写操作。
对于并发编程来说，共享内存是一种高效的数据交换方式。
在本文中，我们将探讨Rust中的共享内存案例。
Rust提供了两种主要的共享内存机制：`Arc`和`Mutex`。
Arc表示Atomically Reference Counted（原子引用计数），它允许多个线程安全地共享同一个对象。
Mutex代表Mutual Exclusion（互斥），它确保在任何给定时间只能有一个线程访问共享资源。
我们将通过一个简单的案例来演示Rust中的共享内存的使用。
假设我们有一个任务，需要计算一个数组中所有元素的总和。
我们将使用多个线程并行地计算数组的不同区域，然后将每个线程的结果相加以得到最终的总和。
首先，我们需要引入Rust的标准库中的相关模块：```rustuse std::thread;use std::sync::{Arc, Mutex};```然后，我们定义一个计算线程的函数：```rustfn calculate_sum(data: Arc<Vec<i32>>, start: usize, end: usize, result: Arc<Mutex<i32>>) {let mut sum = 0;for i in start..end {sum += data[i];}let mut result = result.lock().unwrap();*result += sum;}```在上面的代码中，我们使用了`Arc<T>`来共享数组和结果变量，以及`Mutex<T>`来确保对结果变量的线程安全访问。
在每个线程中，我们使用start和end参数指定需要计算的数组区域。
接下来，我们创建主函数来调度多个计算线程：```rustfn main() {let data = Arc::new(vec![1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]);let result = Arc::new(Mutex::new(0));let num_threads = 4;let chunk_size = data.len() / num_threads;let mut handles = Vec::new();for i in 0..num_threads {let start = i * chunk_size;let end = if i == num_threads - 1 {data.len()} else {(i + 1) * chunk_size};let data_clone = Arc::clone(&data);let result_clone = Arc::clone(&result);let handle = thread::spawn(move || {calculate_sum(data_clone, start, end, result_clone); });handles.push(handle);}for handle in handles {handle.join().unwrap();}let total_sum = *result.lock().unwrap();println!("Total sum: {}", total_sum);}```在上面的主函数中，我们首先创建一个包含数字1到10的vector，并使用`Arc::new`将其包装为一个在多个线程间安全共享的`Arc<Vec<i32>>`。
linux下共享内存
Linux下共享内存SUNNY.MAN共享内存允许两个或多个进程进程共享同一块内存(这块内存会映射到各个进程自己独立的地址空间) 从而使得这些进程可以相互通信,进程退出时会自动和已经挂接的共享内存区段分离，但是仍建议当进程不再使用共享区段时调用shmdt来卸载区段。
注意，当一个进程分支出父进程和子进程时，父进程先前创建的所有共享内存区段都会被子进程继承。
如果区段已经做了删除标记(在前面以IPC_RMID指令调用shmctl)，而当前挂接数已经变为0，这个区段就会被移除。
Linux中通过API函数shmget创建的共享内存一般都是在程序中使用shmctl来释放的，但是有时为了调试程序，开发人员可能通过Ctrl + C等方式发送中断信号来结束程序，此时程序申请的共享内存就不能得到释放，当然如果程序没有改动的话，重新运行程序时仍然会使用上次申请的共享内存，但是如果我们修改了程序，由于共享内存的大小不一致等原因会导致程序申请共享内存错误。
因此，我们总是希望每次结束时就能释放掉申请的共享内存。
有两种方法可以用来释放共享内存：第一种：如果总是通过Crtl+C来结束的话，可以做一个信号处理器，当接收到这个信号的时候，先释放共享内存，然后退出程序。
第二种：不管你以什么方式结束程序，如果共享内存还是得不到释放，那么可以通过linux命令ipcrm shm shmid来释放，在使用该命令之前可以通过ipcs -m命令来查看共享内存。
共享内存查看使用ipcs命令，不加如何参数时，会把共享内存、信号量、消息队列的信息都打印出来，如果只想显示共享内存信息，使用如下命令：[root@localhost ~]# ipcs –m同样共享内存的大小也可以用ipcs –lm来查看它的上限下限。
shmget( ) 创建一个新的共享内存区段取得一个共享内存区段的描述符shmctl( ) 取得一个共享内存区段的信息为一个共享内存区段设置特定的信息移除一个共享内存区段shmat( ) 挂接一个共享内存区段shmdt( ) 于一个共享内存区段的分离同样共享内存的大小也可以用ipcs –lm来查看它的上限下限。
实验8Linux的内存管理
内存管理的概念
内存管理的定义
内存管理是指操作系统对计算机内存 资源的分配、回收、保护和扩充等一 系列操作，以确保系统高效、稳定地 运行。
内存管理的目标
提高内存利用率，减少内存碎片，实 现多任务环境下的内存共享和保护， 以及提供虚拟内存等。
Linux内存管理的特点
分段和分页机制
Linux采用分段和分页机制来管理内存，将物理内 存划分为大小相等的页框，同时将进程地址空间 划分为多个段，每个段对应一个页表项，实现地 址空间的隔离和权限控制。
。
03 通过实验操作和观察，加深对Linux内存管理的 理解和认识。
实验环境
操作系统
Linux（建议使用Ubuntu或CentOS等常见发行版 ）
开发工具
GCC编译器、GDB调试器、Valgrind内存检测工 具等。
实验材料
一台配置有Linux操作系统的计算机，具备基本的 编程和调试能力。
02
Linux内存管理概述
VS
共享内存的实现方式
在Linux中，共享内存可以通过shmget() 、shmat()和shmdt()等系统调用来实现 。首先，使用shmget()函数创建一个共 享内存段；然后，使用shmat()函数将共 享内存段连接到当前进程的地址空间；最 后，使用shmdt()函数将共享内存段从当 前进程的地址空间中分离。
06
内存优化与性能提升
内存泄漏问题及其解决方案
内存泄漏定义
内存泄漏是指程序在申请内存后，未能正确释放，导致系统内存逐 渐耗尽的现象。
检测工具
使用Valgrind等内存检测工具，可以检测程序中的内存泄漏问题。
解决方案
及时释放不再使用的内存，避免不必要的内存申请，采用智能指针等 RAII技术来管理内存。
《Linux高级系统编程》教学教案
《Linux高级系统编程》教学教案一、教学目标1. 让学生掌握Linux系统编程的基本概念和原理。
2. 培养学生熟练使用Linux系统编程API的能力。
3. 使学生了解Linux系统编程的高级主题和技巧。
4. 培养学生解决实际问题的能力，提高他们在Linux环境下的软件开发水平。
二、教学内容1. Linux系统编程概述讲解Linux系统编程的基本概念、特点和优势。
2. 文件I/O操作介绍Linux文件I/O模型，讲解文件的打开、关闭、读写、同步等操作。
3. 进程管理讲解Linux进程的概念、创建、终止、进程间通信等知识。
4. 线程管理介绍Linux线程的基本概念、创建、同步、互斥等知识。
5. 高级I/O操作讲解Linux高级I/O操作，如异步I/O、直接I/O、内存映射I/O等。
三、教学方法1. 讲授法：讲解基本概念、原理和知识点。
2. 案例教学法：通过实际案例让学生掌握编程技巧和方法。
3. 实验教学法：安排实验课程，让学生亲自动手实践，提高实际操作能力。
四、教学环境1. 教室环境：投影仪、计算机、网络等。
2. 实验环境：装有Linux操作系统的计算机、网络等。
五、教学评估1. 课堂问答：检查学生对课堂知识的理解和掌握程度。
2. 实验报告：评估学生在实验过程中的动手能力和解决问题能力。
3. 课程作业：检查学生对课程知识点的综合运用能力。
4. 期末考试：全面评估学生对本门课程的掌握程度。
六、信号处理1. 信号基本概念讲解信号的定义、作用和信号处理的基本方法。
2. 信号处理函数介绍Linux信号处理函数，如signal(), rse(), sigaction()等。
3. 信号在进程和线程中的处理讲解信号在进程和线程中的传播和处理机制。
七、同步与互斥1. 同步与互斥基本概念讲解同步与互斥的概念、作用和应用场景。
2. 互斥锁介绍Linux互斥锁的使用，如pthread_mutex_lock(), pthread_mutex_unlock()等。
linux申请numa内存方法
linux申请numa内存方法NUMA（Non-Uniform Memory Access）是一种用来处理多处理器系统中内存访问分布不均的技术。
NUMA架构中，每个处理器都有其私有的本地内存，同时也连接到共享内存中。
这种架构的目的是使每个处理器访问其本地内存的速度更快，并在需要时与其他处理器共享内存。
在Linux操作系统中，NUMA架构的支持是通过内核模块进行实现的。
在有NUMA架构的情况下，内核会自动将系统中的内存划分为多个节点。
每个节点都有其本地内存和共享内存，而各个节点之间的内存访问延迟是不同的。
如果应用程序能够使用NUMA感知的方式进行内存分配，则可以使程序更高效地利用系统的资源。
在Linux系统中，可以使用numactl命令来管理NUMA内存。
该命令可以在不同的NUMA节点之间分配内存。
以下是在Linux系统上申请NUMA内存的步骤：1. 检查系统是否支持NUMA在终端中输入以下命令：numactl hardware若系统支持NUMA，则会输出类似以下的信息：available: 2 nodes (0-1)node 0 cpus: 0 1 2 3node 0 size: 19027 MBnode 0 free: 14982 MBnode 1 cpus: 4 5 6 7node 1 size: 20480 MBnode 1 free: 19334 MBnode distances:node 0 10: 10 201: 20 102. 安装NUMA工具包如果系统未安装NUMA工具包，可以在终端中输入以下命令进行安装：sudo apt-get install numactl3. 申请NUMA内存在终端中输入以下命令：numactl membind=0 interleave=all <command>其中，membind参数表示内存绑定，0表示绑定到第一个节点上；interleave 参数表示交错内存分配，all表示将内存分配到所有节点上；<command>表示需要运行的命令或程序。
共享内存函数(shmget、shmat、shmdt、shmctl)及其范例 - guoping16的专栏 - 博客频道 - CSDN
IPC_CREAT ：当shmflg&IPC_CREAT 为真时，如果内核中不存在键值与 信号的发送和捕捉函数(alarm (1719) 、kill、raise、pause、 sleep、 abort) key 相等的共享内存，则新建一个共享内存；如果存在这样的共享内存，返 进程的堆栈空间 (1247) 回此共享内存的标识符
/guoping16/article/details/6584058
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2014年4月2日
评论排行
共享内存函数（shmget、shmat、shmdt、shmctl）及其范例 - guoping16的专栏 - 博客频道 -
函数 成功：返回共享内存的标识符 返回 消息队列函数(msgget、msgctl (4) 、msgsnd、 msgrcv)及其范例 值 出错：-1，错误原因存于error中
分类： Linux进程间通信 struct 目录(?) guoping16 null cmd gcc [+] linux 编程 2011-07-04 17:38 13141人阅读 评论(0) 收藏 举报
访问： 52118次 积分： 946分 排名： 第15089名 原创： 48篇 译文： 0篇 转载： 2篇 评论： 12条
最新评论 消息队列函数(msgget、msgctl、msgsnd、msgrcv)及其范例 daemon_msg: 很有帮助！谢谢 消息队列函数(msgget、msgctl、msgsnd、msgrcv)及其范例 mysee1989: 挺详细的。谢谢 进程的堆栈空间 wangpeng2011314: 那么 windows 下的原理一致吗 ？？？ 会话、进程组与僵死进程 guoping16: 1.当登录终端时，就 产生一个会话，也就产生了一个 可操作的界面。2.proc3 | proc4 | p... 会话、进程组与僵死进程 mmwren: 你好，有个问题请教 一下，当登录终端时，shell进程 为首进程，也是前台进程吗？在 执行命令 proc3... System V 进程间通讯（IPC、ftok） luguangxu68: 很不错啊！ 谢谢 了 字符串和内存操作函数 asdk77: 总结的真好！收下了！ 标准I/O文件编程 luguangxu68: 嗨，哥们，你很 棒！！！加油
linux openmp 例子程序
linux openmp 例子程序标题：Linux OpenMP例子程序1. OpenMP简介OpenMP是一种并行编程模型，可以在共享内存系统上实现并行计算。
它使用指令集和编译器指示来将串行代码转换为并行代码，从而实现更高效的计算。
2. Hello World程序下面是一个简单的OpenMP程序，用于打印“Hello World”：```c#include <stdio.h>#include <omp.h>int main() {#pragma omp parallel{int thread_id = omp_get_thread_num();printf("Hello World from thread %d\n", thread_id);}return 0;}```该程序使用了`#pragma omp parallel`指令来创建线程，并使用`omp_get_thread_num()`函数获取线程ID。
3. 并行for循环OpenMP可以很方便地并行化for循环。
下面是一个计算数组元素和的例子：```c#include <stdio.h>#include <omp.h>int main() {int sum = 0;#pragma omp parallel for reduction(+:sum)for (int i = 0; i < 100; i++) {sum += i;}printf("Sum: %d\n", sum);return 0;}```在上述代码中，`#pragma omp parallel for`指令将for循环并行化，`reduction(+:sum)`指示OpenMP将每个线程的局部和累加到全局和`sum`中。
4. 并行化矩阵乘法OpenMP也可以用于并行化矩阵乘法。
下面是一个简单的矩阵乘法示例：```c#include <stdio.h>#include <omp.h>#define N 100void matrix_multiply(int A[N][N], int B[N][N], int C[N][N]) {#pragma omp parallel forfor (int i = 0; i < N; i++) {for (int j = 0; j < N; j++) {C[i][j] = 0;for (int k = 0; k < N; k++) {C[i][j] += A[i][k] * B[k][j];}}}}int main() {int A[N][N];int B[N][N];int C[N][N];// 初始化A和B矩阵matrix_multiply(A, B, C);// 打印结果return 0;}```在上述代码中，`#pragma omp parallel for`指令将外层循环并行化，从而加快矩阵乘法的计算速度。
在linux下实现读者写者问题源代码
在linux下实现读者写者问题源代码读者写者问题是计算机科学中的一个经典同步问题，用于描述多个读者和写者对共享资源的访问。
在这个问题中，多个读者可以同时读取共享资源，但是写者在写入共享资源时必须独占访问。
在Linux下，我们可以使用线程和互斥锁来实现读者写者问题。
下面是一个简单的源代码示例：```c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <pthread.h>#define READERS_COUNT 5#define WRITERS_COUNT 2pthread_mutex_t mutex;pthread_cond_t cond_reader, cond_writer;int readers = 0;int writers = 0;void *reader(void *arg) {int id = *(int *)arg;while (1) {pthread_mutex_lock(&mutex);while (writers > 0) {pthread_cond_wait(&cond_reader, &mutex); }readers++;pthread_mutex_unlock(&mutex);// 读取共享资源printf("Reader %d is reading\n", id);pthread_mutex_lock(&mutex);readers--;if (readers == 0) {pthread_cond_signal(&cond_writer);}pthread_mutex_unlock(&mutex);}pthread_exit(NULL);}void *writer(void *arg) {int id = *(int *)arg;while (1) {pthread_mutex_lock(&mutex);while (readers > 0 || writers > 0) {pthread_cond_wait(&cond_writer, &mutex); }writers++;pthread_mutex_unlock(&mutex);// 写入共享资源printf("Writer %d is writing\n", id);pthread_mutex_lock(&mutex);writers--;pthread_cond_signal(&cond_writer);pthread_cond_broadcast(&cond_reader);pthread_mutex_unlock(&mutex);}pthread_exit(NULL);}int main() {pthread_t readers[READERS_COUNT];pthread_t writers[WRITERS_COUNT];int reader_ids[READERS_COUNT];int writer_ids[WRITERS_COUNT];pthread_mutex_init(&mutex, NULL);pthread_cond_init(&cond_reader, NULL);pthread_cond_init(&cond_writer, NULL);// 创建读者线程for (int i = 0; i < READERS_COUNT; i++) {reader_ids[i] = i + 1;pthread_create(&readers[i], NULL, reader, &reader_ids[i]); }// 创建写者线程for (int i = 0; i < WRITERS_COUNT; i++) {writer_ids[i] = i + 1;pthread_create(&writers[i], NULL, writer, &writer_ids[i]); }// 等待线程结束for (int i = 0; i < READERS_COUNT; i++) {pthread_join(readers[i], NULL);}for (int i = 0; i < WRITERS_COUNT; i++) {pthread_join(writers[i], NULL);}pthread_mutex_destroy(&mutex);pthread_cond_destroy(&cond_reader);pthread_cond_destroy(&cond_writer);return 0;}```在这个源代码中，我们使用了互斥锁（`pthread_mutex_t`）和条件变量（`pthread_cond_t`）来实现读者写者问题的同步。
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printf( "shmat(
) failed/n" );
printf( "shared memory segment not found/n" ); return 0;
101. /*内存共享区段与旗语和消息队列不同，一个区段可以被锁定。 102. 103. 104. 105. 被锁定的区段不允许被交换出内存。这样做的优势在于，与其 把内存区段交换到文件系统，在某个应用程序调用时再交换回内存， 不如让它一直处于内存中，且对多个应用程序可见。从提升性能的角度 来看，很重要的。
166. 167. 168. 169. 170. } else if( !strncmp(argv[ 1 ],"use",3) ) { /*use the segment*/
171. 172. 173. 174. 175. 176. 177. 178. 179. 180. 181. 182. 183. 184. 185. 186. 187. 188. 189. 190. 191. 192. 193. 194. 195. 196. 197. 198. 199. 200. 201. 202. 203. 204. 205. 206. 207. 208. 209. 210. 211. 212. 213. 214. }
15. /* 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. shmat( shmdt( */ ) ) shmctl( ) shmget( ) 创建一个新的共享内存区段 取得一个共享内存区段的描述符 取得一个共享内存区段的信息 为一个共享内存区段设置特定的信息 移除一个共享内存区段 挂接一个共享内存区段 于一个共享内存区段的分离
//must specify
also a letter to write to the buffer
if( argc<3 ) exit( -1 ); user=( char )argv[ 2 ][ 0 ]; //grab the segment shmid=shmget( MY_SHM_ID,0,0 ); block=( MY_BLOCK_T* )shmat( shmid,( const void* )0,0 );
138. }MY_BLOCK_T; 139. int main(int argc,char** argv) 140. 141. 142. 143. 144. 145. 146. 147. 148. 149. 150. 151. 152. 153. 154. { int shmid,ret,i; MY_BLOCK_T* block; struct sembuf sb; char user; //make sure there is a command if( argc>=2 ) { //create the shared memory segment and init it //with the semaphore if( !strncmp(argv[ 1 ],"create",6) ) { //create the shared memory segment and semaphore printf( "Creating the shared memory/n" ); shmid=shmget( MY_SHM_ID,sizeof( MY_BLOCK_T ),( IPC_CREAT|0666 ) );
85. 86. 87. 88. 89. 90. 91. 92. 93. 94. 95. 96. 97. 98. 99. 100. } else } else }
printf( "%s/n",(char*)mem ); //脱离共享内存区段 ret=shmdt( mem ); if( ret==0 ) printf( "Successfully detached memory /n" ); else printf( "Memory detached failed %d/n",errno );
24. //创建一个共享内存区段，并显示其相关信息，然后删除该内存共享区 25. #include <stdio.h> 26. #include <unistd.h> 27. #include <sys/ipc.h> 28. #include <sys/shm.h> 29. #define MY_SHM_ID 67483 30. int main( 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. { //获得系统中页面的大小 printf( "page size=%d/n",getpagesize( //创建一个共享内存区段 int shmid,ret; shmid=shmget( MY_SHM_ID,4096,0666|IPC_CREAT ); //创建了一个 4KB 大小共享内存区段。指定的大小必须是当前系统架构 //中页面大小的整数倍 if( shmid>0 ) printf( "Create a shared memory segment %d/n",shmid ); //获得一个内存区段的信息 ) ); ) //getpagesize( )
129. #include <unistd.h> 130. #define MY_SHM_ID 34325 131. #define MY_SEM_ID 23234 132. #define MAX_STRING 200 133. typedef struct 134. { 135. 136. 137. int semID; int counter; char string[ MAX_STRING+1 ];
/*##########重点就是使用旗语对共享区的访问###########*/ for( i=0;i<100;++i ) { sleep( 1 ); //设置成 1s 就会看到 a/b 交替出现，为 0 则 a 和 b 连续出现 //grab the semaphore sb.sem_num=0; sb.sem_op=-1; sb.sem_flg=0; if( semop( block->semID,&sb,1 )!=-1 ) { //write the letter to the segment buffer //this is our CRITICAL SECTION block->string[ block->counter++ ]=user;
63. //共享内存区段的挂载,脱离和使用 64. //理解共享内存区段就是一块大内存 65. #include <stdio.h> 66. #include <sys/shm.h> 67. #include <sys/ipc.h> 68. #include <errno.h> 69. #define MY_SHM_ID 67483 70. int main( 71. 72. 73. 74. 75. 76. 77. 78. 79. 80. 81. 82. em ); 83. 84. //向共享区段内存写入数据 strcpy( ( char* )mem,"This is a test string./n" ); { //共享内存区段的挂载和脱离 int shmid,ret; void* mem; shmid=shmget( MY_SHM_ID,0,0 ); if( shmid>=0 ) { mem=shmat( shmid,( const void* )0,0 ); //shmat()返回进程地址空间中指向区段的指针 if( ( int )mem!=-1 ) { printf( "Shared memory was attached in our address space at %p/n",m )
Linux 共享内存编程实例
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. /*共享内存允许两个或多个进程进程共享同一块内存(这块内存会映射到各个进程自己独立的地址空间) 从而使得这些进程可以相互通信。 在 GNU/Linux 中所有的进程都有唯一的虚拟地址空间，而共享内存应用编程接口 API 允许一个进程使 用公共内存区段。但是对内存的共享访问其复杂度也相应增加。共享内存的优点是简易性。 使用消息队列时，一个进程要向队列中写入消息，这要引起从用户地址空间向内核地址空间的一次复制， 同样一个进程进行消息读取时也要进行一次复制。共享内存的优点是完全省去了这些操作。 共享内存会映射到进程的虚拟地址空间，进程对其可以直接访问，避免了数据的复制过程。 因此，共享内存是 GNU/Linux 现在可用的最快速的 IPC 机制。 进程退出时会自动和已经挂接的共享内存区段分离，但是仍建议当进程不再使用共享区段时 调用 shmdt 来卸载区段。 注意，当一个进程分支出父进程和子进程时，父进程先前创建的所有共享内存区段都会被子进程继承。 如果区段已经做了删除标记(在前面以 IPC——RMID 指令调用 shmctl)，而当前挂接数已经变为 0， 这个区段就会被移除。 */
106. */ 107. int shmid; 108. //... 109. shmid=shmget( MY_SHM_ID,0,0 ); 110. ret=shmctl( shmid,SHM_LOCK,0 ); 111. if( ret==0 ) 112. printf( "Locked!/n" );
113. //////////////////////////////////////////////////////////////////////// 114. /*使用旗语协调共享内存的例子 115. 116. 117. 118. 119. 120. 121. 使用和编译命令 gcc -Wall test.c -o test ./test create ./test use a & ./test use b & ./test read & ./test re58. 159. 160. 161. 162. 163. 164. 165.