【Linux】进程间通信——共享内存

妖狐艹你老母 2022-05-29 13:13 339阅读 0赞

在之前的博客中我们已经认识了[管道][Link 1]和[消息队列][Link 2]，今天我们学习进程层间通信的另一种方式，共享内存。

#### 什么是共享内存？ ####

在对个处理器的计算机系统中，可以被不同的CPU访问的大容量空间。就是说一块物理内存被映射到两个进程的地址空间，两个进程都可以访问这段空间，从而实现进程间通信。  
　　示意图：  
![这里写图片描述][70]

#### 共享内存的特点： ####

1.  共享内存是最快的IPC形式，因为内存映射到共享它的进程的地址空间，这些进程数据传递就不再涉及到内核了，也就是说说不再通过执行进入内核的系统调用来传递彼此的数据，所以，它的速度是最快的。
2.  共享内存的生命周期随进程，也需要显示地删除。
3.  共享内存没有互斥与同步机制，因此，我们在使用时，需要自己添加。

#### 函数 ####

##### 1. shmget #####

功能：用来创建共享内存  
原型：

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

参数：

*  key：共享内存段的名字，与消息队列类似，用ftok()产生
 *  size：共享内存的大小
 *  shmflg：有两个选项IPC\_CREAT和IPC\_EXCL，单独使用IPC\_CREAT，如果消息队列不存在则创建之，如果存在则打开返回；单独使用IPC\_EXCL是没有意义的；两个同时使用，如果消息队列不存在则创建之，如果存在则出错返回。

返回值：成功返回共享内存段的标识码，失败返回-1

##### 2. shmat #####

功能：用来将内存段连接到进程地址空间  
原型：

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

参数：

*  shmid：共享内存的标识码
 *  shmaddr：指定连接的地址。若shmaddr取NULL，表示核心自动选择一个地址；若不为NULL且shmflg⽆SHM\_RND标记，则以shmaddr为连接地址；若不为NULL且shmflg设置了SHM\_RND标记，则连接的地址会⾃自动向下调整为SHMLBA的整数倍。公式：shmaddr - (shmaddr % SHMLBA)
 *  shmflg：它的两个可能取值是SHM\_RND和SHM\_RDONLY（只读共享内存）

返回值：成功返回一个指针，指向共享内存的第⼀个节；失败返回-1

##### 3.shmdt #####

功能：将共享内存段与当前进程脱离  
原型：

int shmdt(const void *shmaddr);

参数：shmaddr表示shmat返回的指针  
返回值：成功返回0；失败返回-1

##### 4. shmctl #####

功能：用于控制共享内存  
原型：

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

参数：  
\- shmid：共享内存的标识码  
\- cmd:有三个可选的值，在此我们使用IPC\_RMID

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>选项</th> 
   <th>功能</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>IPC_STAT</td> 
   <td>把msqid_ds结构中的数据设置为共享内存的当前关联值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>IPC_SET</td> 
   <td>进程有足够权限的前提下，把共享内存的当前关联值设置为msqid_ds数据结构中给出的值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>IPC_RMID</td> 
   <td>删除共享内存段</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

与消息队列类似，下面我们再学习两条命令：ipcs -m 和ipcrm -m  
![这里写图片描述][70 1]

我们可以看到nattch表示的是，共享的内存上映射到的进程的个数，bytes表示的资源的大小4096即一页；需要注意的是，不是必须要通过手动来删除IPC资源，这里只是为了演示，通常都是由进程删除IPC资源。

##### 实例代码： #####

实现server与client之间的通信：  
comm.h

#ifndef _COMM_H_
    #define _COMM_H_
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/shm.h>
    #include <sys/ipc.h>
    int createShm(int size);
    int destoryShm(int shmid);
    int getShm(int size);
    #endif

comm.c

#include "comm.h"
    static int commShm(int size, int flags)
    {
        key_t key = ftok("/tmp", 0x6666);
        if(key < 0)
        {
            perror("ftok");
            return -1;
        }
        int shmid = shmget(key, size, flags);
        if(shmid < 0)
        {
            perror("shmget");
            return -2;
        }
        return shmid;
    }
    int createShm(int size)
    {
        return commShm(size, IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
    }
    int getShm(int size)
    {
        return commShm(size, IPC_CREAT);
    }
    int destoryShm(int shmid)
    {
        if(shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) < 0)
        {
            perror("shmtcl");
            return -1;
        }
        return 0;
    }

server.c

#include "comm.h"
    int main()
    {
        int shmid = createShm(4096);
        char* addr = shmat(shmid, NULL, 0);
        int i = 0;
        while(i < 26)
        {
            addr[i] = 'A'+i;
            i++;
            addr[i] = 0;
            sleep(1);
        }
        shmdt(addr);
        sleep(3);
        destoryShm(shmid);
        return 0;
    }

client.c

#include "comm.h"
    int main()
    {
        int shmid = getShm(4096);
        char* addr = shmat(shmid, NULL, 0);
        int i = 0;
        while(i < 26)
        {
            printf("client# %s\n", addr);
            i++;
            sleep(1);
        }
        shmdt(addr);
        return 0;
    }

Makefile

.PHONY:all
    all:server client
    server:server.c comm.c
        gcc -o $@ $^
    client:client.c comm.c
        gcc -o $@ $^
    .PHONY:clean
    clean:
        rm -f client server

结果：  
![这里写图片描述][70 2]

[Link 1]: https://blog.csdn.net/wei_cheng18/article/details/79658209
[Link 2]: https://blog.csdn.net/wei_cheng18/article/details/79661495
[70]: /images/20220529/cffe07c2805b4ec381f6636aa9ac5e82.png
[70 1]: /images/20220529/52448a80e52d4ba389103f1528beef19.png
[70 2]: /images/20220529/33e71878321f4b54a4b0c6bb3e5643c4.png