Linux进程间通信——共享内存

共享内存（Shared Memory），指两个或多个进程共享一个给定的存储区。

1、特点

1. 共享内存是最快的一种 IPC，因为进程是直接对内存进行存取。

2. 因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步。

3. 信号量+共享内存通常结合在一起使用，信号量用来同步对共享内存的访问。

2、原型

123456789

#include <sys/shm.h>// 创建或获取一个共享内存：成功返回共享内存ID，失败返回-1int shmget(key_t key, size_t size, int flag);// 连接共享内存到当前进程的地址空间：成功返回指向共享内存的指针，失败返回-1void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);// 断开与共享内存的连接：成功返回0，失败返回-1int shmdt(void *addr); // 控制共享内存的相关信息：成功返回0，失败返回-1int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);

当用shmget函数创建一段共享内存时，必须指定其 size；而如果引用一个已存在的共享内存，则将 size 指定为0 。

当一段共享内存被创建以后，它并不能被任何进程访问。必须使用shmat函数连接该共享内存到当前进程的地址空间，连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间，随后可像本地空间一样访问。

shmdt函数是用来断开shmat建立的连接的。注意，这并不是从系统中删除该共享内存，只是当前进程不能再访问该共享内存而已。

shmctl函数可以对共享内存执行多种操作，根据参数 cmd 执行相应的操作。常用的是IPC_RMID（从系统中删除该共享内存）。

3、例子

下面这个例子，使用了【共享内存+信号量+消息队列】的组合来实现服务器进程与客户进程间的通信。

• 共享内存用来传递数据；
• 信号量用来同步；
• 消息队列用来 在客户端修改了共享内存后 通知服务器读取。

Server.c

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<sys/shm.h>  // shared memory#include<sys/sem.h>  // semaphore#include<sys/msg.h>  // message queue#include<string.h>   // memcpy// 消息队列结构struct msg_form {    long mtype;    char mtext;};// 联合体，用于semctl初始化union semun{    int              val; /*for SETVAL*/    struct semid_ds *buf;    unsigned short  *array;};// 初始化信号量int init_sem(int sem_id, int value){    union semun tmp;    tmp.val = value;    if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)    {        perror("Init Semaphore Error");        return -1;    }    return 0;}// P操作://  若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1 //  若信号量值为0，进程挂起等待int sem_p(int sem_id){    struct sembuf sbuf;    sbuf.sem_num = 0; /*序号*/    sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/    sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;    if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)    {        perror("P operation Error");        return -1;    }    return 0;}// V操作：//  释放资源并将信号量值+1//  如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们int sem_v(int sem_id){    struct sembuf sbuf;    sbuf.sem_num = 0; /*序号*/    sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/    sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;    if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)    {        perror("V operation Error");        return -1;    }    return 0;}// 删除信号量集int del_sem(int sem_id){    union semun tmp;    if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1)    {        perror("Delete Semaphore Error");        return -1;    }    return 0;}// 创建一个信号量集int creat_sem(key_t key){int sem_id;if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1){perror("semget error");exit(-1);}init_sem(sem_id, 1);  /*初值设为1资源未占用*/return sem_id;}int main(){key_t key;int shmid, semid, msqid;char *shm;char data[] = "this is server";struct shmid_ds buf1;  /*用于删除共享内存*/struct msqid_ds buf2;  /*用于删除消息队列*/struct msg_form msg;  /*消息队列用于通知对方更新了共享内存*/// 获取key值if((key = ftok(".", 'z')) < 0){perror("ftok error");exit(1);}// 创建共享内存if((shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT|0666)) == -1){perror("Create Shared Memory Error");exit(1);}// 连接共享内存shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0);if((int)shm == -1){perror("Attach Shared Memory Error");exit(1);}// 创建消息队列if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1){perror("msgget error");exit(1);}// 创建信号量semid = creat_sem(key);// 读数据while(1){msgrcv(msqid, &msg, 1, 888, 0); /*读取类型为888的消息*/if(msg.mtext == 'q')  /*quit - 跳出循环*/ break;if(msg.mtext == 'r')  /*read - 读共享内存*/{sem_p(semid);printf("%s\n",shm);sem_v(semid);}}// 断开连接shmdt(shm);    /*删除共享内存、消息队列、信号量*/shmctl(shmid, IPC_RMID, &buf1);msgctl(msqid, IPC_RMID, &buf2);del_sem(semid);return 0;}

Client.c

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<sys/shm.h>  // shared memory#include<sys/sem.h>  // semaphore#include<sys/msg.h>  // message queue#include<string.h>   // memcpy// 消息队列结构struct msg_form {    long mtype;    char mtext;};// 联合体，用于semctl初始化union semun{    int              val; /*for SETVAL*/    struct semid_ds *buf;    unsigned short  *array;};// P操作://  若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1 //  若信号量值为0，进程挂起等待int sem_p(int sem_id){    struct sembuf sbuf;    sbuf.sem_num = 0; /*序号*/    sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/    sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;    if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)    {        perror("P operation Error");        return -1;    }    return 0;}// V操作：//  释放资源并将信号量值+1//  如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们int sem_v(int sem_id){    struct sembuf sbuf;    sbuf.sem_num = 0; /*序号*/    sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/    sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;    if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)    {        perror("V operation Error");        return -1;    }    return 0;}int main(){key_t key;int shmid, semid, msqid;char *shm;struct msg_form msg;int flag = 1; /*while循环条件*/// 获取key值if((key = ftok(".", 'z')) < 0){perror("ftok error");exit(1);}// 获取共享内存if((shmid = shmget(key, 1024, 0)) == -1){perror("shmget error");exit(1);}// 连接共享内存shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0);if((int)shm == -1){perror("Attach Shared Memory Error");exit(1);}// 创建消息队列if ((msqid = msgget(key, 0)) == -1){perror("msgget error");exit(1);}// 获取信号量if((semid = semget(key, 0, 0)) == -1){perror("semget error");exit(1);}// 写数据printf("***************************************\n");printf("*                 IPC                 *\n");printf("*    Input r to send data to server.  *\n");printf("*    Input q to quit.                 *\n");printf("***************************************\n");while(flag){char c;printf("Please input command: ");scanf("%c", &c);switch(c){case 'r':printf("Data to send: ");sem_p(semid);  /*访问资源*/scanf("%s", shm);sem_v(semid);  /*释放资源*//*清空标准输入缓冲区*/while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);msg.mtype = 888;  msg.mtext = 'r';  /*发送消息通知服务器读数据*/msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);break;case 'q':msg.mtype = 888;msg.mtext = 'q';msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);flag = 0;break;default:printf("Wrong input!\n");/*清空标准输入缓冲区*/while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);}}// 断开连接shmdt(shm);return 0;}

注意：当scanf()输入字符或字符串时，缓冲区中遗留下了\n，所以每次输入操作后都需要清空标准输入的缓冲区。但是由于 gcc 编译器不支持fflush(stdin)（它只是标准C的扩展），所以我们使用了替代方案：

1

while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);

注释已经很详细了，所以代码的其他部分我就不解释了。

文章转载自：https://songlee24.github.io/2015/04/21/linux-IPC/