[Linux] message queue, shared memory

# 11장 1122 강의 요약

중간고사 마지막 문제 풀이 [semaphore]

 

barrier
n개의 프로세스가 실행될때 barrier가 호출될때까지 기다렸다가 수행

병렬 프로그램, 분산 시스템에서 필요한 시스템

barrier라는 동기화 도구 -> signal handler를 사용하여 구현하라

각 프로그램은 pid를 모두 안다고 가정
도착하면 나 도착했다를 다른 사람들에게 알려야 한다
SIGUSR를 보내서 알려야 한다

도착한 시그널의 갯수가 n-1개가 안되면 계속 기다리는 ..

### sigtest.c

#include <stdio.h>
#include <signal.h>

int cnt =0;
int pnum;
int pids[10]; 


void my_sig_handler(int signum){
	//printf(“signum = %d \n”, signum);
	cnt ++;
	//printf(“cnt = %d \n”, cnt);
}

void barrier(){
	int i;
	for (i=0; i<pnum -1; i++){
		kill(pids[i], SIGUSR1);
	}

	//  n개의 프로세스가 barrier를 호출
	while (cnt<pnum-1){
		pause();
	}
	cnt=0;
}

void work(int sec){
	int i, j, k;
	int sum = 0;
	for (i =0; i<sec; i++){
		for (j =0; j<500; j++){
			for (k=0; k<1000000; k++){
				sum++;
			}
		}
	}
}

int main(){
	int i, work_t;
	printf("pid = %d \n", getpid());
	signal (SIGUSR, my_sig_handler);
	printf("Enter the numbe of processes : ");
	scanf("%d", &pnum);
	srand(time(NULL));
	for (i =0; i<pnum-1 ;i++){
		printf("Enter %d process id : ", i);
		scanf("%d", &pids[i]);

	}

	while(1){
		work_t = srand() % 10 +1;
		printf("Working for %d secs ... \n", work_t);
		work(work_t);
		printf("             Done\n");
		printf("");
		barrier();
	}


}

---

## IPC (Inter-Process Communication)
IPC: 두 프로세스 간의 통신하는 방법

일반적으로 두개의 프로세스 사이에 데이터를 주고 받는 두 가지 방법 
- message 기반
: fifo처럼 메세지를 send, receive
 박스에 메세지를 쓰면 읽는 사람이 receive해서 받음
- shared memory(공유 메모리) 기반
: 변수 (int x;)를 선언
 메모리를 정하고 하나는 쓰고, 하나는 읽기

---

메세지 큐 방식 - 동기화됨
보낸 순서대로 읽으면 없어짐
p1이 send
p2가 receive

shm 방식 - 시간 순으로 출력함
컴퓨터가 꺼지지 않는 이상, 공유 메모리를 해지하지 않는 이상 os영역에 계속 있음
새로 쓰면 덮어써져서 제일 마지막에 쓴 값만 읽을 수 있음

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ipcs 명령어

ipcs : 현재 실행 중인 ipc의 상태들을 보여줌. message queue, shared memory segment, semaphore array가 보임
ipcs -q : message queue만 보여줌
ipcs -m : shared memory를 볼 수 있음

ipcrm -q 262144(ID) : ipc의 큐를 삭제함 (mspid=262144인 메세지 큐)
ipcrm -q 262145(ID) : ipc의 큐를 삭제함 

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## message queue

 

### msgsend.c

// 메세지를 보내는 프로그램
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h> 

int main ()
{
	int msgqid;
	key_t key; // 메세지 큐의 고유한 아이디
	char buf[100];

	key = 1234;
	msgqid = msgget (key, IPC_CREAT | 0666); // 새로운 큐가 만들어짐
	printf ("msgqid = %d \n", msgqid);
	printf ("Enter a string to send : ");
	gets (buf);
	msgsnd (msgqid, buf, strlen(buf) + 1, 0); //msgqid에 buf를 보내기
}

### msgrcv.c

// 메세지를 받는 프로그램
#include <stdio.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <string.h> 

int main ()
{
	int msgqid, nread;
	key_t key;
	char buf[100];

	key = 1234;
	msgqid = msgget (key, IPC_CREAT | 0666);
	printf ("msgqid = %d \n", msgqid);
	nread = msgrcv (msgqid, buf, 100, 0, 0); //메세지를 가져옴
	printf ("nread = %d, buf =[%s] \n", nread, buf);
}

---

### msgsend2.c

// 다른 데이터타입으로 메시지 보내는 프로그램 -> string, int 보내기
#include <stdio.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <string.h> 

int main ()
{
	int msgqid;
	key_t key;
	char buf[100];
	int data;

	key = 1234;
	msgqid = msgget (key, IPC_CREAT | 0666); //새로운 큐 만들기
	printf ("msgqpid = %d \n", msgqid);

	printf ("Enter a string to send : ");
	gets (buf);
	msgsnd (msgqid, buf, strlen(buf) + 1, 0); //string 메시지 보내기 (배열의 이름 자체가 포인터이므로 배열의 이름만 쓰면 됨)

	printf ("Enter an integer to send : ");
	scanf ("%d", &data);
	msgsnd (msgqid, &data, sizeof(int), 0); //int 메시지 보내기 (int의 주소를 보내줘야 함)
}

 

### msgrcv2.c

// 다른 데이터타입으로 메시지 받는 프로그램 -> string, int 읽기
#include <stdio.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <string.h> 

int main(){
	key_t key = 1234;
	int msgqid;
	int nread;
	char buf[100];
	int data;

	msgqid = msgget(key, IPC_CREAT | 0666);
	printf("msgqid = %d \n", msgqid);
	nread = msgrcv(msgqid, buf, 100, 0, 0);
	nread = msgrcv(msgqid, &data, sizeof(int), 0, 0);
	printf("nread %d buf = [%s] data = [%d] \n", nread, buf, data);
}

 

---

## shared memory

### shmwrite.c

// 공유 메모리에 쓰기
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>

int main(){
	key_t key = 1234;
	int shmid;
	char *shmaddr;
	char buf[100];

	shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0666); // shared memory 만들기 (key, byte수, 없으면 생성하라는 옵션 | permission)
	printf("shmid = %d \n", shmid);

	shmaddr = shmat (shmid, NULL, 0); // shared memory를 attach. shmaddr주소의 메모리에 1024byte만큼 attach
	printf("shmaddr = %p \n", shmaddr);

	printf("Enter a string to write : ");
	gets(buf);
	strcpy(shmaddr, buf); //shared memory에 씀

	shmdt(shmaddr); // 다 쓰면 돌려줌
}

### shmread.c

// 공유 메모리 읽기
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>

int main(){
	key_t key = 1234;
	int shmid;
	char *shmaddr;
	char buf[100];

	shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0666);
	printf("shmid = %d \n", shmid);

	shmaddr = shmat (shmid, NULL, 0);
	printf("shmaddr = %p \n", shmaddr);

	strcpy(buf,shmaddr); // shmaddr에 있는 내용을 buf로 copy
	printf("buf = [%s]\n", buf);

	shmdt(shmaddr);
}

---

### shmwrite2.c

// shared memory에 int형으로 쓰기
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>

int main ()
{
	int shmid;
	int data;
	char *shmaddr;
	key_t key = 1235;

	shmid = shmget (key, sizeof(int), IPC_CREAT | 0666);
	printf ("shmid = %d \n", shmid);

	shmaddr = shmat (shmid, NULL, 0); //변수의 주소
	printf ("shmaddr = %p \n", shmaddr);

	printf ("Enter an integer to write: ");
	scanf ("%d", &data);

	*((int*)shmaddr) = data; //int형으로 쓰려면 -> shmaddr를 int형으로 type casting후, 거기에 써야 하므로, *를 붙여줌

	shmdt (shmaddr);
}

 

### shmread2.c

// shared memory에서 int형 메모리 읽기
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>

int main ()
{
	int shmid;
	int data;
	char *shmaddr;
	key_t key = 1235;

	shmid = shmget (key, sizeof(int), IPC_CREAT | 0666);
	printf ("shmid = %d \n", shmid);

	shmaddr = shmat (shmid, NULL, 0);
	printf ("shmaddr = %p \n", shmaddr);

	data = *((int*)shmaddr);
	printf ("data = %d \n", data);

	shmdt (shmaddr);
}

---

## [실습]
(1) mesg queue 이용한 메시지 전달하기
  - program A
   + 키보드로 입력받은 문자열을 program B에 전달하고, program B가 보내는 문자열을 기다린다. 
   + 만든 문자열을 출력한다. 
   + 이 과정을 "end"를 입력할 때까지 반복한다. 
  - program B
   + program A로부터 문자열을 기다린다.
   + 받은 문자열을 출력하고, 새로운 문자열을 만든다. ("예: strcat을 사용해서 msg + "이름")
   + 새로 만든 문자열을 program A에게 전송한다. 
   + 이 과정을 program A가 "end"를 받을 때까지 반복한다. 
 
(2) 제출물 
  - 두 개의 프로그램 소스 코드
  - 실행화면 캡쳐한 이미지 파일

 

### A.c

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h> 

//program A2
int main(){
	// A
	int msgqid;
	key_t key;
	char buf[100];

	// B
	int nread2;
	int msgqid2;
	key_t key2;
	char buf2[100];

	key = 1234;
	msgqid = msgget (key, IPC_CREAT | 0666);

	key2 = 1235;
	msgqid2 = msgget (key2, IPC_CREAT | 0666);
	
	while(1){
		// program A : key = 1234에 쓰기
		printf("This is Program1\n");
		//printf ("msgqpid = %d \n", msgqid);
		printf ("Enter a string to send in program A: ");
		gets (buf);
		msgsnd (msgqid, buf, strlen(buf) + 1, 0);
		if (!strcmp(buf, "end")){exit(0);}


		// program B : key = 1235에서 읽기
		printf("This is Program2\n");
		//printf ("msgqpid2 = %d \n", msgqid2);
		nread2 = msgrcv (msgqid2, buf2, 100, 0, 0);
		printf ("nread = %d, buf =[%s] \n", nread2, buf2);

	}
}

 

### B.c

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h> 

//program B2
int main(){
	// B
	int msgqid;
	key_t key;
	char buf[100];

	// A
	int nread2;
	int msgqid2;
	key_t key2;
	char buf2[100];

	key2 = 1234;
	msgqid2 = msgget (key2, IPC_CREAT | 0666);

	key = 1235;
	msgqid = msgget (key, IPC_CREAT | 0666);
	
	
	while(1){
		// program B : key = 1234에서 읽기
		printf("This is Program1\n");

		//printf ("msgqpid2 = %d \n", msgqid2);
		nread2 = msgrcv (msgqid2, buf2, 100, 0, 0);
		printf ("nread = %d, buf =[%s] \n", nread2, buf2);
		strcat(buf2, "bokyung");
		printf ("nread = %d, buf =[%s] \n", nread2, buf2);


		// program B : key = 1235에 쓰기
		printf("This is Program2\n");
		//printf ("msgqpid = %d \n", msgqid);
		msgsnd (msgqid, buf2, strlen(buf2) + 1, 0); //문자열+bokyung보내기

	}

}