趣谈Linux操作系统
刘超
网易杭州研究院云计算技术部首席架构师
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入门准备篇 (3讲)
开篇词 | 为什么要学习Linux操作系统?
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01 | 入学测验:你究竟对Linux操作系统了解多少?
02 | 学习路径:爬过这六个陡坡,你就能对Linux了如指掌
核心原理篇:第一部分 Linux操作系统综述 (3讲)
03 | 你可以把Linux内核当成一家软件外包公司的老板
04 | 快速上手几个Linux命令:每家公司都有自己的黑话
05 | 学会几个系统调用:咱们公司能接哪些类型的项目?
核心原理篇:第二部分 系统初始化 (4讲)
06 | x86架构:有了开放的架构,才能打造开放的营商环境
07 | 从BIOS到bootloader:创业伊始,有活儿老板自己上
08 | 内核初始化:生意做大了就得成立公司
09 | 系统调用:公司成立好了就要开始接项目
核心原理篇:第三部分 进程管理 (10讲)
10 | 进程:公司接这么多项目,如何管?
11 | 线程:如何让复杂的项目并行执行?
12 | 进程数据结构(上):项目多了就需要项目管理系统
13 | 进程数据结构(中):项目多了就需要项目管理系统
14 | 进程数据结构(下):项目多了就需要项目管理系统
15 | 调度(上):如何制定项目管理流程?
16 | 调度(中):主动调度是如何发生的?
17 | 调度(下):抢占式调度是如何发生的?
18 | 进程的创建:如何发起一个新项目?
19 | 线程的创建:如何执行一个新子项目?
核心原理篇:第四部分 内存管理 (7讲)
20 | 内存管理(上):为客户保密,规划进程内存空间布局
21 | 内存管理(下):为客户保密,项目组独享会议室封闭开发
22 | 进程空间管理:项目组还可以自行布置会议室
23 | 物理内存管理(上):会议室管理员如何分配会议室?
24 | 物理内存管理(下):会议室管理员如何分配会议室?
25 | 用户态内存映射:如何找到正确的会议室?
26 | 内核态内存映射:如何找到正确的会议室?
核心原理篇:第五部分 文件系统 (4讲)
27 | 文件系统:项目成果要归档,我们就需要档案库
28 | 硬盘文件系统:如何最合理地组织档案库的文档?
29 | 虚拟文件系统:文件多了就需要档案管理系统
30 | 文件缓存:常用文档应该放在触手可得的地方
核心原理篇:第六部分 输入输出系统 (5讲)
31 | 输入与输出:如何建立售前售后生态体系?
32 | 字符设备(上):如何建立直销模式?
33 | 字符设备(下):如何建立直销模式?
34 | 块设备(上):如何建立代理商销售模式?
35 | 块设备(下):如何建立代理商销售模式?
核心原理篇:第七部分 进程间通信 (7讲)
36 | 进程间通信:遇到大项目需要项目组之间的合作才行
37 | 信号(上):项目组A完成了,如何及时通知项目组B?
38 | 信号(下):项目组A完成了,如何及时通知项目组B?
39 | 管道:项目组A完成了,如何交接给项目组B?
40 | IPC(上):不同项目组之间抢资源,如何协调?
41 | IPC(中):不同项目组之间抢资源,如何协调?
42 | IPC(下):不同项目组之间抢资源,如何协调?
核心原理篇:第八部分 网络系统 (7讲)
43 预习 | Socket通信之网络协议基本原理
43 | Socket通信:遇上特大项目,要学会和其他公司合作
44 | Socket内核数据结构:如何成立特大项目合作部?
45 | 发送网络包(上):如何表达我们想让合作伙伴做什么?
46 | 发送网络包(下):如何表达我们想让合作伙伴做什么?
47 | 接收网络包(上):如何搞明白合作伙伴让我们做什么?
48 | 接收网络包(下):如何搞明白合作伙伴让我们做什么?
核心原理篇:第九部分 虚拟化 (7讲)
49 | 虚拟机:如何成立子公司,让公司变集团?
50 | 计算虚拟化之CPU(上):如何复用集团的人力资源?
51 | 计算虚拟化之CPU(下):如何复用集团的人力资源?
52 | 计算虚拟化之内存:如何建立独立的办公室?
53 | 存储虚拟化(上):如何建立自己保管的单独档案库?
54 | 存储虚拟化(下):如何建立自己保管的单独档案库?
55 | 网络虚拟化:如何成立独立的合作部?
核心原理篇:第十部分 容器化 (4讲)
56 | 容器:大公司为保持创新,鼓励内部创业
57 | Namespace技术:内部创业公司应该独立运营
58 | CGroup技术:内部创业公司应该独立核算成本
59 | 数据中心操作系统:上市敲钟
实战串讲篇 (9讲)
60 | 搭建操作系统实验环境(上):授人以鱼不如授人以渔
61 | 搭建操作系统实验环境(下):授人以鱼不如授人以渔
62 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(一)
63 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(二)
64 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(三)
65 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(四)
66 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(五)
67 | 期末测试:这些操作系统问题,你真的掌握了吗?
结束语 | 永远别轻视任何技术,也永远别轻视自己
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专栏加餐 (2讲)
学习攻略(一):学好操作系统,需要掌握哪些前置知识?
“趣谈Linux操作系统”食用指南
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40 | IPC(上):不同项目组之间抢资源,如何协调?

刘超 2019-06-28
我们前面讲了,如果项目组之间需要紧密合作,那就需要共享内存,这样就像把两个项目组放在一个会议室一起沟通,会非常高效。这一节,我们就来详细讲讲这个进程之间共享内存的机制。
有了这个机制,两个进程可以像访问自己内存中的变量一样,访问共享内存的变量。但是同时问题也来了,当两个进程共享内存了,就会存在同时读写的问题,就需要对于共享的内存进行保护,就需要信号量这样的同步协调机制。这些也都是我们这节需要探讨的问题。下面我们就一一来看。
共享内存和信号量也是 System V 系列的进程间通信机制,所以很多地方和我们讲过的消息队列有点儿像。为了将共享内存和信号量结合起来使用,我这里定义了一个 share.h 头文件,里面放了一些共享内存和信号量在每个进程都需要的函数。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <string.h>
#define MAX_NUM 128
struct shm_data {
int data[MAX_NUM];
int datalength;
};
union semun {
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short int *array;
struct seminfo *__buf;
};
int get_shmid(){
int shmid;
key_t key;
if((key = ftok("/root/sharememory/sharememorykey", 1024)) < 0){
perror("ftok error");
return -1;
}
shmid = shmget(key, sizeof(struct shm_data), IPC_CREAT|0777);
return shmid;
}
int get_semaphoreid(){
int semid;
key_t key;
if((key = ftok("/root/sharememory/semaphorekey", 1024)) < 0){
perror("ftok error");
return -1;
}
semid = semget(key, 1, IPC_CREAT|0777);
return semid;
}
int semaphore_init (int semid) {
union semun argument;
unsigned short values[1];
values[0] = 1;
argument.array = values;
return semctl (semid, 0, SETALL, argument);
}
int semaphore_p (int semid) {
struct sembuf operations[1];
operations[0].sem_num = 0;
operations[0].sem_op = -1;
operations[0].sem_flg = SEM_UNDO;
return semop (semid, operations, 1);
}
int semaphore_v (int semid) {
struct sembuf operations[1];
operations[0].sem_num = 0;
operations[0].sem_op = 1;
operations[0].sem_flg = SEM_UNDO;
return semop (semid, operations, 1);
}

共享内存

我们先来看里面对于共享内存的操作。
首先,创建之前,我们要有一个 key 来唯一标识这个共享内存。这个 key 可以根据文件系统上的一个文件的 inode 随机生成。
然后,我们需要创建一个共享内存,就像创建一个消息队列差不多,都是使用 xxxget 来创建。其中,创建共享内存使用的是下面这个函数:
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflag);
其中,key 就是前面生成的那个 key,shmflag 如果为 IPC_CREAT,就表示新创建,还可以指定读写权限 0777。
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精选留言(11)

  • 许童童
    信号量大于 1 的情况下,应该如何使用?
    可以让多个进程同时访问一个共享内存。

    作者回复: 这个不行,大于1的时候,不能排他,但是可以控制资源

    2019-06-28
    1
  • 艾瑞克小霸王
    信号量和锁的区别就是 信号量可以控制资源数量(>1), 而锁是 互斥排他的?
    2019-12-06
  • Helios
    信号量大于1的时候应该就不能控制写操作了。应该是控制读操作的进程数量。
    2019-10-15
  • Jason
    老师好,ftok提示我的机器里没有“/root/sharememory/semaphorekey”这个文件,我随便新建一个文件可以吗?

    作者回复: 是的,创建一个就行

    2019-08-28
    1
  • Jason
    这篇看的很明白,嘿嘿。
    2019-08-27
  • trllllllll
    老师,share.h 里面 include 了两次 ipc.h。

    作者回复: 谢谢指正

    2019-07-07
  • nightmare
    信号量大于1的情况,可以让进程不操作共享变量,比如操作不同的变量,比如对一批数据做操作,然后做完之后给消费端读取

    作者回复: 是的

    2019-06-30
  • Amark
    如果线程是掉用的到基本单位,那么进程的共享资源呢?

    作者回复: 内存,变量,文件,都是共享的呀

    2019-06-29
  • Amark
    请教一个问题,CPU调度是以进程为单位的吗,还是以线程?

    作者回复: 以task,在内核里面,进程和线程都是task

    2019-06-29
  • 莫名
    System V IPC具有很好的移植性,但缺点也比较明显,不能接口自成一套,难以使用现有的fd操作函数。建议对比讲一下比较流行的POSIX IPC。

    作者回复: 赞

    2019-06-28
  • Tianz
    超哥,现在是不是推荐使用 POSIX 系列的 IPC 呢?
    2019-06-28
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