Linux--进程间的通信之共享内存

概念

共享内存是进程间通信中最简单的方式之一。共享内存允许两个或多个进程访问同一块内存。而如果某个进程向共享内存写入数据，所做的改动将立即影响到可以访问同一段共享内存的任何其他进程。

优缺点

因为是所有进程共享的同一块内存，共享内存在各种进程间通信方式中具有最高的效率。但是共享内存并未提供同步机制，也就是说，在第一个进程结束对共享内存的写操作之前，并无自动机制可以阻止第二个进程开始对它进行读取。所以我们通常需要用其他的机制来同步对共享内存的访问。

操作函数

创建共享内存

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#include<sys/ipc.h>#include<sys/shm.h>int shmget(key_t key,size_t size,int shmflag);

返回值：成功返回共享存储区的shmid,失败返回-1。man
参数：
key：系统对此共享内存存储资源的唯一标识。可以通过ftok函数得到。
size：以字节为单位指定需要共享的内存容量。这个数一般为系统页长的整数倍(4K的整数倍).若申请的size不是页长的整数倍，系统也是按整数倍进行分配的，但是最后一页余下的部分不可用。如果创建一个新的资源，则必须指定size，且段的内容会被初始化为0。若引用一个已经存在的，则将size置为0。
shmflag：与消息队列的参数相同。有两个选项，IPC_CREAT和IPC_EXCL。使用的时候有两种情况：
1. IPC_CREAT和IPC_EXCL一起使用（IPC_CREAT|IPC_EXCL），表示申请创建一个新的IPC资源，若要申请的资源已经存在，则错误返回。若不存在，则创建。
2. IPC_CREAT单独使用，表示申请创建一个IPC资源，若要申请的IPC资源已经存在，则直接使用；若不存在，则创建新的。
一般我们还会在后面加上资源的默认权限（如0666）。

删除共享内存

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#include<sys/ipc.h>#include<sys/shm.h>int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf);

返回值：成功返回0，失败返回-1。
参数：
shmid：shmget的返回值。
cmd：是要采取的操作，它可以取下面的三个值:
IPC_STAT：把shmid_ds结构中的数据设置为共享内存的当前关联值，即用共享内存的当前关联值覆盖shmid_ds的值。
IPC_SET：如果进程有足够的权限，就把共享内存的当前关联值设置为shmid_ds结构中给出的值
IPC_RMID：删除共享内存段
这里我们cmd取IPC_RMID。

buf：是一个结构体的指针，它指向共享内存模式和访问权限的结构。shmid_ds的结构如下：

struct shmid_ds{    struct ipc_perm shm_perm;    size_t shm_segsz;    pid_t shm_lpid;    pid_t shm_cpid;    shmatt_t shm_nattch;//shmatt_t定义为无符号整型，他至少和unsigned short一样大。    time_t shm_atime;    time_t shm_dtime;    time_t shm_ctime;    ...}

把进程连接到共享内存

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#include<sys/types.h>#include<sys/shm.h>void* shmat(int shmid,const void* shmaddr,int shmflag)

返回值：成功返回指向共享内存存储的指针，失败返回-1。
参数：
shmid：shmget函数的返回值。
shmaddr：shm_addr指定共享内存连接到当前进程中的地址位置，通常为空，表示让系统来选择共享内存的地址。
shmflag:shm_flg是一组标志位，通常为0。

把进程从共享内存中分离

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#include<sys/types.h>#include<sys/shm.h>int shmdt(const void* shmaddr)

返回值：成功返回0，失败返回-1。
参数：
shmadd：是shmat函数返回的地址指针。

控制指令

系统同样为我们提供了查看共享内存IPC资源的指令：

ipcs -m

删除共享内存资源：

ipcrm -m [shmid]

代码实现

客户机-服务器模式
comm.h

ifndef __COMM__#define __COMM_#include<stdio.h>#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/shm.h>#define PATHNAME "."#define PROJID 0x666#define SIZE 4096int commMem(int flags);int creatMem();int getMem();int destroyMem(int shmid);#endif

comm.c:

#include"comm.h"int commMem(int flags){    key_t _k=ftok(PATHNAME,PROJID);    if(_k<0)    {        perror("ftok");        return -1;    }    int shmid = shmget(_k,SIZE,flags);    if(shmid<0)    {        perror("shmget");        return -2;    }    return shmid;}int creatMem(){    return commMem(IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);}int getMem(){    return commMem(IPC_CREAT);}int destroyMem(int shmid){    int ret = shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);    if(ret<0)    {        perror("destroy shmctl");        return -1;    }    return 0;}

client.c

#include"comm.h"int main(){    printf("client\n");    int shmid = getMem();    if(shmid < 0)    {        printf("getMem error!");        return -1;    }    printf("shmid: %d\n",shmid);    sleep(5);    char *addr=shmat(shmid,NULL,0);    if(addr == NULL)    {        printf("addr is NULL!\n");    }    printf("Debug add %p\n",addr);    if(addr < 0)    {        perror("client shmat");        return -1;    }    int i = 0;    while(i < SIZE-1)    {        addr[i] ='a' ;        addr[i+1] = '\0';        sleep(1);        i++;    }    int ret=shmdt(addr);    printf("Debug shmdt\n");    if(ret < 0)    {        perror("client shmdt");        return -1;    }    return 0;}

server.c:

#include "comm.h"int main(){    printf("server\n");    int shmid = creatMem();    sleep(10);    if(shmid < 0)    {        printf("creatMem error!\n");        return -1;    }    char *addr=shmat(shmid,NULL,0);    if(addr < 0)    {        perror("shmat");        return -2;    }    while(1)    {        printf("# ");        printf("%s",addr);        printf(" #\n");        sleep(1);    }    int ret = shmdt(addr);    if(ret < 0)    {        perror("shmdt");        return -1;    }    int ret_des=destroyMem(shmid);    if(ret_des < 0)    {        printf("destroyMem error!\n");        return -1;    }    return 0;}