Linux System V 共享内存 + 信号量互斥踩坑全记录（进程 A 创建、B/C 互斥访问）
Linux System V 共享内存+信号量互斥踩坑全记录（进程A创建、B/C互斥访问）
一、题目需求
编写三段程序：
- 进程A：唯一创建共享内存、信号量，初始化共享内存字符串，设置信号量初值为1（互斥锁），阻塞等待测试完毕再销毁内核资源；
- 进程B、进程C：代码完全一致，只打开已存在的共享内存与信号量，使用信号量实现互斥，读取共享内存内容；
- 要求同一时刻只有一个进程能访问临界区（共享内存），避免并发竞争。
二、整体原理铺垫
1. System V IPC 分工规则
shmget / semget带IPC_CREAT | IPC_EXCL：不存在则新建，已存在则报错，仅进程A使用；shmget / semget只传权限0644：仅打开已有资源，不存在直接报错，B/C专用；- 信号量初值设为1：二元信号量，实现互斥；
sem_lock：semop(semid, {0,-1,0})，P操作，占用资源；sem_unlock：semop(semid, {0,1,0})，V操作，释放资源；
- 共享内存：
shmat挂载到进程虚拟地址，用完shmdt卸载；内核资源必须手动IPC_RMID销毁。
2. 关键特性（踩坑核心）
System V 信号量不会随进程退出自动释放锁！
如果V操作执行失败，哪怕程序正常退出，信号量数值永远保持0，后续所有进程执行P操作直接永久阻塞卡死。
三、完整可运行代码
进程A（创建者 Pro_A.c）
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#define SHM_PROJ 80
#define SEM_PROJ 20
#define SHM_SIZE 256
// 信号量共用体，用于初始化初值
union semun {
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
};
// P操作 上锁
void sem_lock(int semid)
{
struct sembuf op = {0, -1, 0};
semop(semid, &op, 1);
}
// V操作 解锁
void sem_unlock(int semid)
{
struct sembuf op = {0, 1, 0};
semop(semid, &op, 1);
}
int main()
{
key_t shm_key = ftok(".", SHM_PROJ);
key_t sem_key = ftok(".", SEM_PROJ);
// 1. 创建共享内存
int shmid = shmget(shm_key, SHM_SIZE, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0644);
if (-1 == shmid)
{
fprintf(stderr, "shmget error,errno:%d,%s\n", errno, strerror(errno));
shmid = shmget(shm_key, SHM_SIZE, 0644);
if (shmid == -1)
{
perror("shmget get failed");
return -1;
}
}
printf("【A】共享内存创建/获取成功\n");
// 2. 创建信号量
int semid = semget(sem_key, 1, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0644);
union semun arg;
arg.val = 1;
if (-1 == semid)
{
fprintf(stderr, "semget error,errno:%d,%s\n", errno, strerror(errno));
semid = semget(sem_key, 1, 0644);
if (semid == -1)
{
perror("semget get failed");
return -1;
}
}
else
{
semctl(semid, 0, SETVAL, arg);
printf("【A】信号量新建，初值设置为1\n");
}
// 3. 挂载共享内存
char *buf = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
if ((void *)-1 == buf)
{
perror("shmat 挂载失败");
return -1;
}
// 上锁初始化临界资源
sem_lock(semid);
strcpy(buf, "共享临界资源");
printf("【A】共享内存初始化完成：%s\n", buf);
sem_unlock(semid);
shmdt(buf);
printf("【A】已卸载本地映射，新开终端运行 ./PB ./PC\n");
printf("测试完成按回车销毁内核资源\n");
getchar();
// 销毁IPC资源
semctl(semid, 0, IPC_RMID);
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
printf("【A】资源销毁完毕，程序退出\n");
return 0;
}
进程B / 进程C（使用者 Pro_B.c / Pro_C.c，两份代码完全一样）
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#define SHM_PROJ 80
#define SEM_PROJ 20
#define SHM_SIZE 256
void sem_lock(int semid)
{
struct sembuf op = {0, -1, 0};
semop(semid, &op, 1);
}
void sem_unlock(int semid)
{
struct sembuf op = {0, 1, 0};
semop(semid, &op, 1);
}
int main()
{
key_t shm_key = ftok(".", SHM_PROJ);
key_t sem_key = ftok(".", SEM_PROJ);
int shmid = shmget(shm_key, SHM_SIZE, 0644);
if (-1 == shmid)
{
fprintf(stderr, "shmget error,errno:%d,%s\n", errno, strerror(errno));
return -1;
}
int semid = semget(sem_key, 1, 0644);
if (-1 == semid)
{
fprintf(stderr, "semget error,errno:%d,%s\n", errno, strerror(errno));
return -1;
}
char *buf = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
if ((void *)-1 == buf)
{
perror("shmat 挂载共享内存失败");
return -1;
}
// 临界区：互斥访问
sem_lock(semid);
printf("==== 当前进程读取共享内存 ====\n");
printf("内容：%s\n", buf);
printf("==== 访问结束，释放锁 ====\n");
sem_unlock(semid);
shmdt(buf);
return 0;
}
四、编译&标准运行流程
1. 编译命令
# 编译进程A
gcc Pro_A.c -o PA
# 编译进程B
gcc Pro_B.c -o PB
# 编译进程C
gcc Pro_C.c -o PC
2. 正确运行顺序
- 终端1执行
./PA，程序阻塞等待（不要关闭）； - 新开终端2执行
./PB，正常打印内容，自动释放锁； - 新开终端3执行
./PC，正常打印内容； - 全部测试完成，回到终端1按下回车，自动删除共享内存、信号量。
3. 查看/清理残留IPC工具命令
# 查看所有信号量（命令与参数必须有空格）
ipcs -s
# 查看所有共享内存
ipcs -m
# 强制删除卡死的信号量（数字替换为ipcs查到的ID）
ipcrm -s 12345
五、实战踩坑合集（结合你遇到的全部问题）
坑1：解锁函数参数传错，永久死锁（你最核心问题）
错误代码：
sem_unlock(shmid); // shmid是共享内存ID
问题分析：
sem_unlock 内部调用semop，第一个参数必须是信号量ID semid；传入非法ID时，V操作直接失败，信号量数值永远保持0。
B程序运行完毕退出，但锁没有释放，后续运行C、B全部卡在sem_lock。
修复：
sem_unlock(semid);
坑2：循环打印 printf("%s", &buf[i]) 乱码、重复输出
错误写法：
for(int i=0; i<strlen(buf); i++)
{
printf("%s", &buf[i]);
}
原理：%s要求传入完整字符串首地址，自动读到\0停止；
i=0打印全部文字，i=1从第二个字符打印，循环叠加输出大量重复文字，还会访问无终止符内存出现菱形乱码方块。
两种修复方案：
- 直接打印完整字符串（推荐）：
printf("%s\n", buf); - 逐个打印字符：
printf("%c", buf[i]);
坑3：sizeof(buf) 遍历共享内存完全失效
char *buf = shmat(...);
for(int i=0; i<sizeof(buf); i++)
原理：buf是指针，64位系统sizeof(buf)=8，只会循环8次，和256字节共享内存大小无关。
- 遍历完整内存：固定写
i < 256； - 只遍历有效文字：
strlen(buf)。
坑4：strlen 不能统计int数组元素
strlen仅识别单字节\0作为结束标记，只能用于char字符串；int数组的数字0占4字节，无法用strlen统计有效元素，栈数组求长度用sizeof(arr)/sizeof(int)，指针只能手动存常量。
坑5：命令行拼写/语法错误
ipcs-s报错 command not found：命令和参数中间必须加空格ipcs -s；./pc提示 No such file：Linux文件名区分大小写，编译生成PB必须执行./PB；- 缺少ipcs工具：Ubuntu执行
sudo apt install ipcs安装。
坑6：进程A没有阻塞等待，资源提前销毁
如果A不加getchar()，创建资源后立刻执行IPC_RMID销毁；此时运行B/C，sem_lock直接阻塞。
解决方案：A增加getchar()阻塞，测试完成再手动释放资源。
坑7：信号量仅新建时初始化初值1
int semid = semget(..., IPC_CREAT|IPC_EXCL|0644);
if(semid == -1) {
// 已存在，只获取，不重置值
} else {
semctl(semid,0,SETVAL,arg); // 仅新建赋值1
}
错误写法：每次运行A都执行SETVAL重置为1；若B正在占用锁（semval=0），强行重置会导致多进程同时访问临界区，互斥失效。
坑8：头文件冗余、单词拼写错误
- 重复导入
<sys/ipc.h>、无用头文件<sys/msg.h>、<sys/stat.h>； - 报错打印
shmgeit，正确拼写shmget，影响代码规范性。
六、核心知识点总结
- 资源权限区分：A带
IPC_CREAT新建，B/C只打开； - 互斥核心：二元信号量初值=1，一次P对应一次V；
- 信号量不会自动释放锁，参数写错直接永久卡死；
- 指针
sizeof获取的是地址大小，不是缓冲区长度； strlen仅适用于带\0的char字符串；- System V IPC内核资源必须手动销毁，可通过
ipcs/ipcrm命令管理。
七、拓展思考题
- 如果去掉信号量，同时运行B、C会出现什么现象？（并发乱码、数据竞争）
- 进程B运行时强制
kill杀掉，信号量会自动释放吗？（不会，必须手动清理） - 能否用管道/消息队列替代信号量实现互斥？
浙公网安备 33010602011771号