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Linux进程间通信——使用共享内存

Linux进程 间通信 共享内存 使用
2023-09-14 09:07:59 时间
一、什么是共享内存
顾名思义。共享内存就是同意两个不相关的进程訪问同一个逻辑内存。共享内存是在两个正在执行的进程之间共享和传递数据的一种很有效的方式。不同进程之间共享的内存通常安排为同一段物理内存。

进程能够将同一段共享内存连接到它们自己的地址空间中，全部进程都能够訪问共享内存中的地址。就好像它们是由用C语言函数malloc分配的内存一样。

而假设某个进程向共享内存写入数据，所做的修改将马上影响到能够訪问同一段共享内存的不论什么其它进程。


特别提醒：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。并无自己主动机制能够阻止第二个进程開始对它进行读取。所以我们通常须要用其它的机制来同步对共享内存的訪问。比如前面说到的信号量。有关信号量的很多其它内容。能够查阅我的还有一篇文章：Linux进程间通信——使用信号量

二、共享内存的使得
与信号量一样。在Linux中也提供了一组函数接口用于使用共享内存，并且使用共享共存的接口还与信号量的很相似。并且比使用信号量的接口来得简单。它们声明在头文件 sys/shm.h中。

1、shmget函数
该函数用来创建共享内存。它的原型为：
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

第一个參数，与信号量的semget函数一样，程序须要提供一个參数key（非0整数）。它有效地为共享内存段命名。shmget函数成功时返回一个与key相关的共享内存标识符（非负整数），用于兴许的共享内存函数。

调用失败返回-1.


不相关的进程能够通过该函数的返回值訪问同一共享内存。它代表程序可能要使用的某个资源，程序对全部共享内存的訪问都是间接的，程序先通过调用shmget函数并提供一个键，再由系统生成一个对应的共享内存标识符（shmget函数的返回值），仅仅有shmget函数才直接使用信号量键。全部其它的信号量函数使用由semget函数返回的信号量标识符。

第二个參数，size以字节为单位指定须要共享的内存容量

第三个參数。shmflg是权限标志，它的作用与open函数的mode參数一样，假设要想在key标识的共享内存不存在时，创建它的话，能够与IPC_CREAT做或操作。

共享内存的权限标志与文件的读写权限一样，举例来说。0644,它表示同意一个进程创建的共享内存被内存创建者所拥有的进程向共享内存读取和写入数据，同一时候其它用户创建的进程仅仅能读取共享内存。


2、shmat函数
第一次创建完共享内存时，它还不能被不论什么进程訪问，shmat函数的作用就是用来启动对该共享内存的訪问，并把共享内存连接到当前进程的地址空间。

它的原型例如以下：

void *shmat(int shm_id, const void *shm_addr, int shmflg);


第一个參数，shm_id是由shmget函数返回的共享内存标识。
第二个參数，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。

第三个參数，shm_flg是一组标志位，通常为0。


调用成功时返回一个指向共享内存第一个字节的指针，假设调用失败返回-1.

3、shmdt函数
该函数用于将共享内存从当前进程中分离。注意，将共享内存分离并非删除它。仅仅是使该共享内存对当前进程不再可用。

它的原型例如以下：


int shmdt(const void *shmaddr);


參数shmaddr是shmat函数返回的地址指针，调用成功时返回0，失败时返回-1.

4、shmctl函数
与信号量的semctl函数一样，用来控制共享内存，它的原型例如以下：
int shmctl(int shm_id, int command, struct shmid_ds *buf);



第一个參数。shm_id是shmget函数返回的共享内存标识符。

第二个參数，command是要採取的操作。它能够取以下的三个值 ：
    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：假设进程有足够的权限。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

第三个參数，buf是一个结构指针，它指向共享内存模式和訪问权限的结构。
shmid_ds结构至少包含下面成员：
struct shmid_ds  
{  
    uid_t shm_perm.uid;  
    uid_t shm_perm.gid;  
    mode_t shm_perm.mode;  
};

測试用例源代码：

#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>


#define PERM S_IRUSR|S_IWUSR

int main(int argc,char **argv){
	int shmid;
	char *p_addr,*c_addr;

	if(argc!=2)
	{
		fprintf(stderr,"Usage:%s\n\a",argv[0]);
		exit(1);
	}

	if((shmid=shmget(IPC_PRIVATE,1024,PERM))==-1)
	{
		fprintf(stderr,"Create Share Memory Error:%s\n\a",strerror(errno));
		exit(1);
	}

	if(fork())
	{
		p_addr = shmat(shmid,0,0);
		memset(p_addr,'\0',1024);
		//printf("argv= %s\n",argv[1]);
		strncpy(p_addr,argv[1],1024);
		wait(NULL);
		exit(0);
	}
	else
	{
		sleep(1);
		c_addr=shmat(shmid,0,0);
		printf("Client get %s\n",c_addr);
		exit(0);
	}
	return 1;
}
</span>

编译后输出：
Client get 12345

五、使用共享内存的优缺点
1、长处：我们能够看到使用共享内存进行进程间的通信真的是很方便，并且函数的接口也简单，数据的共享还使进程间的数据不用传送，而是直接訪问内存。也加快了程序的效率。同一时候，它也不像匿名管道那样要求通信的进程有一定的父子关系。


2、缺点：共享内存没有提供同步的机制，这使得我们在使用共享内存进行进程间通信时，往往要借助其它的手段来进行进程间的同步工作。

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