共有メモリを使ったメッセージの送受信

Question

#質問
共有メモリを確保して，2つのプログラムを用いてメッセージを送受信するシステムを考えていますが同じメッセージを何度も受信してしまうことがあり解決策をさがしています.
コーディングはLinuxです．

よい排他制御のコーディングの仕方などがあればお教えください．

#コード
###send.c

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

int main (int argc, char *argv[]) 
{
	int id;
	char *adr;
	
	if (argc !=2)
	{
		fprintf(stderr, "Usage: send-by-shm <Shared memory ID>");
		exit (EXIT_FAILURE);
	}
	
	id=atoi(argv[1]);
	if((int) (adr = (char *)shmat (id, (void *) 0, 0)) == -1)
	{
		perror("shmat");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	else
	{
		while(1)
		{
			printf("Input any string>");
			fgets(adr, 512, stdin);
			adr[strlen(adr)-1] = '\0';
			if(strcmp (adr, "quit") == 0)
				break;
		}
		if (shmdt (adr) == -1)
		{
			perror("shmdt");
			exit (EXIT_FAILURE); 
		}
	} 
}

###receive.c

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

#define BUFSIZE 512

int main()
{
	int id;
	char *adr;
	
	if ((id = shmget (IPC_PRIVATE, BUFSIZE, IPC_CREAT|0666)) == -1)
	{
		perror ("shmget");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	printf("Shared memory ID =%d\n", id);
	
	if ((int)(adr=(char *) shmat (id, (void *) 0, 0)) == -1)
	{
		perror ("shmat");
		shmctl(id, IPC_RMID, NULL);
		exit (EXIT_FAILURE);
	}
	else
	{
		strcpy (adr, "Initial");
		while(1)
		{
			printf("%s\n", adr);
			if (strcmp (adr, "quit") == 0) {
				break;
			}
			sleep(3);
		}
		
		if (shmdt (adr) == -1)
		{
			perror("shmdt");
			shmctl(id, IPC_RMID, NULL);
			exit (EXIT_FAILURE);
		}
	}
	
	if(shmctl(id, IPC_RMID, NULL) == -1)
	{
		perror("chmctl");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
}

#実行結果

bash-4.2$ gcc send.c 
bash-4.2$ ./a.out
Usage: send <Shared memory ID>bash-4.2$ gcc receive.c
bash-4.2$ ./a.out
Shared memory ID = 753669
Initial
Initial
Initial
Initial
Initial
Initial
Initial
Initial
...

Answer 1

「読んだかどうか」フラグが無いので、何度も読むのは当たり前です。

1つのメモリ領域を使った通信が一方方向であれば、排他制御は要りません。

・フラグの初期値0
・書く側で、データを書いたときにフラグに1を入れる
・読む側では、フラグが0なら何もせずsleepし、1ならデータを読んで0を入れておく

で、良いと思います。

あと、書く側で、一旦fgetsで改行付きのデータをadrに読み込んでから改行を削っていますので、
改行を削ってからフラグに1を入れます。でないと、改行付きのデータが読まれるかも。
そもそも、データを改行付きにすれば良いと思いますけど。

int main (int argc, char *argv[])
{
    int id;
    char *adr, *data;
    中略
    data = adr+1;
    while(1)
    {
        printf("Input any string>");
        fgets(data, 511, stdin);
        *adr = 1;
        if(strcmp (data, "quit\n") == 0) {
            break;
        }
    }
    後略

int main()
{
    int id;
    char *adr, *data;
    中略
    data = adr + 1;
    *adr = 0;
    while(1)
    {
        if(*adr){
            printf("%s", data);
            if (strcmp (data, "quit\n") == 0) {
                break;
            }
            *adr = 0;
        }
        sleep(3);
    }
    後略

書く側で「まだ読まれてなければ次のデータを入力しない」という処理を入れたければ入れる。

Comments

[angel_p_57]

> 1つのメモリ領域を使った通信が一方方向であれば、排他制御は要りません。
そんなわけないじゃないですか。
それと sleep() でポーリングするなら、わざわざ共有メモリ使う意味がありません。

[otn]

データの抜け防止の要件は無いので、いいのでは？

[dameo]

実現手段としてはさほど問題ないと思いますよ。
1バイトの読み書きが競合するのが気持ち悪いという話であれば、send側もフラグ0を見た上でstdatomic.hをincludeして_Atomic付き(C11)でフラグにアクセスすれば、sleepを削ってbusy loopにしても平気だと思います。
セマフォなどを使えばbusy loopも避けられますし、そちらの方が無駄がないですが、そもそも今の要件であれば、IPCとして共有メモリを使う理由が分からないというのが正直な感想で、とりあえず勉強したいだけであれば、まずはbusy loopからでいいような気がします(できればこの辺の理由を確認してからの回答がいいようにも思います)。

Answer 2

一応「セマフォで」ということなので、SysVセマフォを想定して話します。
※他にも POSIXセマフォやPOSIX共有メモリというのもあり、機能的にはほぼ同じですが操作方法が違います

ただ、正直に言うと、共有メモリ+セマフォの真面目なサンプルを見たことがないので紹介できません。概念的にはこのページにあるような操作になるのですが。
http://ossforum.jp/en/node/883

具体的には、manを見て使い方を探るしかない気がします。
例えば semop(2)のmanページ には、「セマフォの値が0になるのを待って1に変える」というサンプルが載っています。
これは2操作同時の例なのでちょっと多いですが、1操作だけにして「セマフォの値が0なら共有メモリに書いてて良い、だから0でなければ0になるまで待つ、共有メモリへの書き込みが終わったら読んでいいことが分かるように1に変える)」という方法で、排他制御が可能です。
※読み込み側は逆に、1になるのを待ってから読み込み、終わったら0に変えるという感じ

なお、セマフォの初期化については注意が必要です。プログラム起動的に順序関係がある ( 起動コマンド順が、という意味ではなくて、片一方からもう一方を posix_spawn/fork+exec するような順序の意味 ) なら良いですが、どっちが初期化するべきか、もう初期化されているのか、判断する必要があるからです。
それについては semget(2)のmanページの「セマフォの初期化」を参考にどうぞ。

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以下、セマフォ以外の話です。
もし、pthread(UNIX/Linuxでのマルチスレッドの仕組み)に慣れているなら「プロセス間で利用可能なミューテクス・条件変数」を使うのが楽かもしれません。ただし「慣れているなら」です。

で、ここら辺の話の敷居が高いと思うのであれば、排他制御を無理して頑張って共有メモリを使うのではなく、メッセージキュー、ソケット、名前付きパイプといった他の通信方法に切り替えても良いと思います。