Linux-进程间通信（三、共享存储）

向右看齐 2022-06-03 08:12 181阅读 0赞

\#\#\#\#LINUX进程间通信  
\#\#\#\#一、[匿名管道与命名管道][Link 1]  
\#\#\#\#二、[消息队列][Link 2]  
\#\#\#\#三、共享存储

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\#\#\#\#共享存储概述：

> \#\#\#\#\#共享存储允许两个或更多进程共享一给定的存储区。共享内存区是最快的IPC形式，一旦这样的内存映射到共享它的进程的 地址空间，这些进程间数据传递不再涉及到内核，也就是说进程不再需要切换到内核态来传递数据。所以比起消息队列一直在用户态和内核态的切换，共享存储更高效。

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\#\#\#\#相关命令：

> ipcs -m ：查看当前内核中的共享内存段；  
> ipcrm -m +shmid ：删除对应shmid的共享内存段

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\#\#\#\#共享内存示意图：  
![这里写图片描述][format_png]  
\#\#\#\#\#也就是说：进程同时拿到同一片共享存储区的shmid，使用shmat将对应的共享存储空间连接到自己的进程地址空间，在进行操作完成之后，再使用shmdt断开连接。在整体使用过程中不需要多次进行状态切换。

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\#\#\#\#共享内存数据结构：  
![这里写图片描述][format_png 1]

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\#\#\#\#**函数介绍：**  
\#\#\#\#一、shmget：获得共享存储标识符

#include <sys/ipc.h>
           #include <sys/shm.h>
    
           int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
    
    //返回值：成功返回共享内存的标识符，失败返回-1

\#\#\#\#\#参数介绍：  
\#\#\#\#\#①key：与消息队列相同，都是由ftok函数生成；  
\#\#\#\#\#②size：共享内存大小（单位/字节）；通常将其向上取为系统页长的整数倍；  
\#\#\#\#\#③shmflg：用法和创建文件使用的mode模式标志一样。可参考消息队列中的介绍。

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\#\#\#\#二、shmctl： 控制共享内存

#include <sys/ipc.h>
           #include <sys/shm.h>
    
           int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
    
    //成功返回0，失败返回-1

\#\#\#\#参数介绍：  
\#\#\#\#\#①shmid：需要进行操作的共享内存标识码；  
\#\#\#\#\#②cmd：需要进行的操作（分为IPC\_STAT，IPC\_SET，IPC\_RMID）  
\#\#\#\#\#③buf：一个指向shmid\_ds结构体类型的结构体指针，当参数为IPC\_STAT和IPC\_SET时，需要给定一个结构体，用来指定修改的值。

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\#\#\#\#三、shmat：将共享内存段连接到进程地址空间

#include <sys/types.h>
           #include <sys/shm.h>
    
           void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
    
    //返回值：成功返回指向共享内存第一个字节的指针，失败返回-1

\#\#\#\#参数介绍：  
\#\#\#\#\#①shmid：之前由ftok生成的共享内存标识符；  
\#\#\#\#\#②shmaddr：指定连接的地址；  
\#\#\#\#\#③shmflg：可取SHM\_RND和SHM\_RDONLY

shmaddr取值为NULL，内核自动选择一个地址
    shmaddr不为NULL，且shmflg无SHM_RND标记，则以shmaddr为连接地址；
    shmaddr不为NULL，且shmflg设置了SHM_RND标记，则连接的地址会自动向下调整为SHMLBA的整数倍
    shmflg = SHM_RDONLY：表示连接操作用来只读共享内存。

## \#\#\#\#\#注：更详细的介绍可自行man或查看《unix环境高级编程》 ##

\#\#\#\#四、shmdt：将共享内存段与当前进程脱离

#include <sys/types.h>
           #include <sys/shm.h>
    
           void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
    
           int shmdt(const void *shmaddr);
    
    //返回值：成功返回0，失败返回-1

\#\#\#\#参数介绍：  
\#\#\#\#\#shmaddr：由shmat所返回的指针。

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\#\#\#\#注意：  
\#\#\#\#\#1、共享内存无同步互斥机制！！  
\#\#\#\#\#2、共享内存段随内核，所以我们最好是在进程结束之前不再使用时，就断开与共享内存的连接。

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\#\#\#\#示例：通过一片共享内存存储区，client向其中写数据，server读取数据并打印到屏幕上。

/**********comm.h*************/
    #pragma once
    
    #include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/shm.h>
    
    #define PATHNAME "."
    #define PROJ_ID 0x66
    
    int createShm(int size);
    
    int destroyShm(int shmid);
    
    int getShm(int size);
    
    
    /**********comm.c**********/
    #include "comm.h"
    
    int commShm(int size, int flags)
    {
    	key_t key = ftok(PATHNAME, PROJ_ID);
    	if(key < 0){
    		perror("ftok");
    		return -1;
    	}
    
    	int shmid = shmget(key, size, flags);
    	if(shmid < 0){
    		perror("shmget");
    		return -2;
    	}
    	return shmid;
    }
    
    int destroyShm(int shmid)
    {
    	if(shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) < 0){
    		perror("shmctl");
    		return -1;
    	}
    	return 0;
    }
    
    int creatShm(int size)
    {
    	return commShm(size, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
    }
    
    int getShm(int size)
    {
    	return commShm(size, IPC_CREAT);
    }
    
    /**********client.c********/
    #include "comm.h"
    
    int main()
    {
    	int shmid = getShm(4094);
    	char* addr = shmat(shmid, NULL, 0);
    	sleep(1);
    	int i = 0;
    	while(i < 5){
    		addr[i] = 'A' +i;
    		i++;
    		addr[i] = 0;
    		sleep(1);
    	}
    	shmdt(addr);
    	sleep(2);
    	return 0;
    }
    
    
    /*********server.c*******/
    #include "comm.h"
    
    int main()
    {
    	int shmid = creatShm(4096);
    	
    	char* addr = (char*)shmat(shmid, NULL, 0);
    	sleep(5);
    	int i = 0;
    	while(i < 10){
    		i++;
    		printf("client> %s\n",addr);
    		sleep(1);
    	}
    
    	shmdt(addr);
    	sleep(2);
    	destroyShm(shmid);
    	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 server client

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\#\#\#\#\#运行结果：  
\#\#\#\#\#打开server端，再打开client端，经过sleep后，client端向共享内存中写入数据，server端不断读取，但是当client端停止写入时，共享内存区的数据还是最后一次写入的数据，所以又多输出5次。  
![这里写图片描述][format_png 2]

[Link 1]: http://blog.csdn.net/sssssuuuuu666/article/details/78851846
[Link 2]: http://blog.csdn.net/sssssuuuuu666/article/details/78870276
[format_png]: /images/20220603/f60486b83e854e14a62248d59795ea80.png
[format_png 1]: /images/20220603/8ad79502cdbc47b083360748f7dae1ee.png
[format_png 2]: /images/20220603/1b6f4a2c20ac4f6ca73806e91aeb7580.png