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共有メモリとは

共有メモリはその名の通り、複数のプロセスで共有できるメモリである。
プロセス間通信(IPC)に利用される。
親プロセス、子プロセス、無関係なプロセス、どの関係であってもデータの共有が可能。

共有メモリの操作には下記のシステムコールを利用する。

サンプルプログラム

shm_receiver.c

shmを生成し、１秒置きに、shmの中身を画面に表示する。shmの中身が「end」になると、終了する。

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

int main(void)
{
    int  id;
    char *adr;

    /* IPC_PRIVATEを指定すると、新規にshmが生成される。*/
    if((id = shmget(IPC_PRIVATE, 512, IPC_CREAT|0666)) == -1){
        perror("shmget");
        exit(-1);
    }

    printf("共有メモリID = %d\n",id);

    /* char形で取得 */
    if(( adr = (char *)shmat(id, NULL, 0)) == (void *)-1){
        perror("shmat");
    } else {
        strcpy(adr,"Initial");
        /* 1秒ごとに出力 */
        while(1){
            printf("%s\n",adr);
            /* 「end」で終了 */
            if (strcmp(adr, "end") == 0) {
                break;
            }
            sleep(1);
        }

        if(shmdt(adr)==-1){
            perror("shmdt");
        }
    }

    /* shmの破壊をする */
    if(shmctl(id, IPC_RMID, 0)==-1){
        perror("shmctl");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    return 0;
}

shm_writer.c

コマンドラインから与えられた文字列をshmにコピーする。

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

int main(int argc, char *argv[])
{
    int   id;
    char  *adr;

    if( argc <= 2) {
        fprintf(stderr, "Usage: shm_writer shm_id string\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    id = atoi(argv[1]);

    if(( adr = (char *)shmat(id,0,0)) == (void *)-1) {
        perror("shmat");
    } else {
        strcpy(adr, argv[2]);
        fprintf(stderr, "written.\n");
        if( shmdt(adr) == -1) {
            perror("shmdt");
        }
    }
}

実行例

参考文献

詳解UNIXプログラミング

例解UNIXプログラミング教室

C言語によるUNIXシステムプログラミング入門

参考URL

• コンピューター：C言語講座：共有メモリについて http://www.ncad.co.jp/~komata/c-kouza13.htm
• Manpage of SHMGET http://www.linux.or.jp/JM/html/LDP_man-pages/man2/shmget.2.html
• Manpage of SHMCTL http://www.linux.or.jp/JM/html/LDP_man-pages/man2/shmctl.2.html

構築環境

FreeBSD 4.10-RELEASE

regex.h

C言語で正規表現を使うにはregex.hをincludeします。
具体的に利用する関数はregcomp(), regexec(), regfree()関数の３つです。

regcomp() 関数

regexec() 関数

regfree()関数

正規表現サンプルコード

カンマ区切りの文字列から、数値を取り出す。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <regex.h>

int main() {
     char str[] = "123, 456, 789";
     regex_t preg;
     size_t nmatch = 5;
     regmatch_t pmatch[nmatch];
     int i, j;

     if (regcomp(&preg, "([[:digit:]]+), ([[:digit:]]+), ([[:digit:]]+)", REG_EXTENDED|REG_NEWLINE) != 0) {
         printf("regex compile failed.\n");
         exit(1);
     }

     printf("String = %s\n", str);

     if (regexec(&preg, str, nmatch, pmatch, 0) != 0) {
         printf("No match.\n");
     } else {
         for (i = 0; i < nmatch; i++) { /* nmatch にマッチした件数が入る */
             printf("Match position = %d, %d , str = ", (int)pmatch[i].rm_so, (int)pmatch[i].rm_eo);
             if (pmatch[i].rm_so >= 0 && pmatch[i].rm_eo >= 0) {
                 for (j = pmatch[i].rm_so ; j < pmatch[i].rm_eo; j++) {
                     putchar(str[j]);
                 }
             }
             printf("\n");
         }
     }

     regfree(&preg);
     return 0;
}

実行結果

参考文献

反復学習ソフト付き 正規表現書き方ドリル

詳説 正規表現

プログラミング言語C

参考URL

• regex.hの使い方 http://sometime.minidns.net/~ccgi/posix_regex.html
• regex Tips http://www.sip.eee.yamaguchi-u.ac.jp/kou/regex.html
• Manpage of REGCOMP http://www.linux.or.jp/JM/html/LDP_man-pages/man3/regex.3.html

alarm()関数を利用してSIGALRMシグナルを一定時間後に送信することができる。
SIGALRMをキャッチしない場合は、プロセスは終了する。SIGALRM以外のシグナルについては[C言語]シグナルをキャッチする サンプルコードを参照。

サンプルコード

#include <stdio.h>
#include <stdib.h> /* exit */
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

void sigcatch(int);

int main() {

    /* Set handler to SIGALRM */
    if (SIG_ERR == signal(SIGALRM, sigcatch)) {
        printf("failed to set signal handler.\n");
    }

    /* 5 seconds after, send signal */
    alarm(5);

    while (1) {
    }

    return 0;
}

void sigcatch(int sig) {
    printf("catch signal %d\n", sig);

    if (sig == SIGALRM) {
        printf("catch SIGALRM and exit.\n");
        exit(1);
    }
}

実行結果

参考文献

入門UNIXシェルプログラミング

いますぐ始めるLinuxのC言語

これならわかるC 入門の入門

参考URL

• MAN PAGE of ALARM
  http://voyager.ise.osaka-sandai.ac.jp/JM/html/LDP_man-pages/man2/alarm.2.html
• MAN PAGE of UALRM
  http://www.linux.or.jp/JM/html/LDP_man-pages/man3/ualarm.3.html

実行環境

Linux Ubuntu 2.6.24, gcc version 4.2.3

シグナルとは

いわゆる「割り込み」の１つ。動いてるプロセスに対して、他のプロセスから信号を送ることが出来る。

代表的なシグナル

signal キャッチ

C言語で、signalをキャッチするには、signal()関数で、シグナルハンドラーを設定する。

「signalを受け取った時に実行する関数」のことを、一般的に「signalハンドラー」と呼ぶ。
シグナルハンドラーは、1つのintを引数に、戻り値はvoidでなければならない。

signal キャッチ サンプル

HUPをうけとると、無限ループしているプログラムを終了させる。
サーバのような、駐屯型のプログラムはこのようにシグナルで終了する仕組になっている。

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

void sigcatch(int);

int main() {
    if (SIG_ERR == signal(SIGHUP, sigcatch)) {
        printf("failed to set signal handler.n");
        exit(1);
    }

    while (1) {
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

void sigcatch(int sig) {
    printf("catch signal %dn", sig);
    exit(1);
}

シグナルを送る

参考文献

ふつうのLinuxプログラミング

UNIXコマンドのソースコードにみる実践プログラミング手法

新版 明解C言語 入門編

サーバの仕組みとスレッド

通常、Webサーバなどは親プロセスがポートをListenし、接続があったら、子プロセスを生成し、その後の(クライアントへのデータ送信等の)処理は、子プロセスに任せるというフローをとる。

そうすることで、親プロセスはクライアントへデータ送信が終わるのを待つ必要がなくなり、どんどん接続を受けることが可能になる。
接続数が多くなると、当然、子プロセスが多くなり、サーバへの過負荷となる。

そこで、子プロセスではなく、スレッドでクライアントの処理を行うと負荷低減につながる((スレッドの生成は子プロセスの生成より軽量))

echoサーバのPOSIXスレッド化

[C言語]Socket間通信 echoサーバを作るで作成したechoサーバにptheadを組み込み、複数クライアントに対して同時処理ができるように改良する。POSIXスレッドについて知りたければ、まずは[C言語]POSIXスレッドプログラミングを参照。

課題

• １回の通信が終わっても、Listenし続けるように変更する
• threadで返答を返すよう変更する

コード

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h> /* socket(), bind(), listen(), accept(), recv() */
#include <netinet/in.h> /* htons() */
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>     /* exit() */
#include <pthread.h>    /* pthread_create(), pthread_detach() */

#define PORT    8823    /* Listenするポート */
#define MAXDATA 1024    /* 受信バッファサイズ */

void reply(void *);

int main(void)
{
    struct sockaddr_in saddr;
    struct sockaddr_in caddr;

    int listen_fd;
    int conn_fd;

    int len = sizeof(struct sockaddr_in);

    pthread_t worker;

    /* ソケットの生成 */
    if ((listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /*
     * saddrの中身を0にしておかないと、bind()でエラーが起こることがある
     */
    bzero((char *)&saddr, sizeof(saddr));

    /* ソケットにアドレスとポートを結びつける */
    saddr.sin_family        = PF_INET;
    saddr.sin_addr.s_addr   = INADDR_ANY;
    saddr.sin_port          = htons(PORT);
    if (bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&saddr, len) < 0) {
        perror("bind");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* ポートをListenする */
    if (listen(listen_fd, SOMAXCONN) < 0) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Start Listening Port : %d...\n", PORT);

    while (1) {
        /* 接続要求を受け付ける */
        if ((conn_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr *)&caddr, &len)) < 0) {
            perror("accept");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        /* スレッドの生成 */
        if (pthread_create( &worker, NULL, (void *)reply, (void *)conn_fd) != 0) {
            perror("pthread_create");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        pthread_detach(worker);
    }
    /* Listeningソケットを閉じる */
    close(listen_fd);

}

void reply(void *fd) {
    int conn_fd = (int)fd;

    int rsize;
    char buf[MAXDATA]; /* 受信バッファ */

    /* 送信されたデータの読み出し */
    do {
        rsize = recv(conn_fd, buf, MAXDATA, 0);

        if (rsize == 0) { /* クラアイントが接続を切ったとき */
                break;
        } else if (rsize == -1) {
                perror("recv");
                exit(EXIT_FAILURE);
        } else {
                write(conn_fd, buf, rsize);
        }
    } while (1);

    if ( close(conn_fd) < 0) {
        perror("close");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Connection closed.\n");
}

ポイント

• スレッドにする部分を関数にする
• 生成したスレッドをdetach状態にする
• while(1)ループでListenし続ける

参考文献

マスタリングTCP/IP 入門編

マスタリングTCP/IP 応用編

マルチコアCPUのための並列プログラミング

参考URL

Pthreadによる複数クライアントに対するサービスの同時提供
http://www.coins.tsukuba.ac.jp/~yas/coins/syspro-2004/2004-05-10/echo-server-pthread.html
4.2 どうしてソケットがクローズしてくれないのでしょうか?
http://www.kt.rim.or.jp/~ksk/sock-faq/unix-socket-faq-ja-4.html#ss4.2

構築環境

FreeBSD 4.10-RELEASE