Linux进程间通信之共享内存

灰太狼 2022-06-15 12:55 289阅读 0赞

共享内存的实现：两个不同进程共享同一块物理内存，达到访问同一份资源的目的  
![这里写图片描述][SouthEast]

共享内存是所有进程间通信速度最快的一种方式，省去了数据的copy  
在消息队列中就是server和client都读取了对方的数据并拷贝下来，因此有两次拷贝

但是共享内存优缺点：他自身不提供同步于互斥机制（可以通过信号量来实现）  
一般申请内存，都是按照一页的大小，避免内存碎片（4K为一页）  
如果申请到的内存不够一页那么操作系统自动会进行向上调整，把它申请成为一页，一页半就是两页

共享内存的特点：生命周期随内核  
共享内存使用映射机制

用于Linux进程通信共享内存。共享内存函数由shmget、shmat、shmdt、shmctl四个函数组成。

1、共享内存的获取

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

参数  
key和之前消息队列一样都是为了获取共享内存的一个标识  
size代表要申请的内存的大小，申请的规则之前已经提过  
shmflg 和之前消息队列msgflag的作用一样在这里就不赘述了

2、共享内存的删除：

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

参数  
shmid :代表共享内存的标识，和消息队列中的msgid的效果相似  
cmd：代表你要操作的方式删除则设置成为IPC\_RMID  
buf:在删除的时候通常设置成为NULL

这个接口和消息队列中的msgctl接口的使用极为相似，在使用的时候可以类比。

3、把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间

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

参数  
shmid :代表共享内存的标识  
shmaddr: 指定共享内存出现在进程内存地址的什么位置，直接指定为NULL让内核自己决定一个合适的地址位置  
参数shmflg:可直接设置为0

4、断开共享内存连接:

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

参数：  
shmaddr：连接的共享内存的起始地址

实现基于共享内存的通信：

shm.c
    #include"shm.h"
    int ComShm(int flag)
    {
      key_t key=ftok(PATHNAME,PROJ_ID);
      if(key<0)
      {
           perror("ftok");
           return -1;
      }
      int shmid=shmget(key,4096,flag|0666);
      if(shmid<0)
      {
           perror("shmget");
           return -2;
      }
      return shmid;
    }
    int CreateShm()
    {
       return ComShm(IPC_CREAT|IPC_EXCL);
    }
    int GetShm()
    {
         return ComShm(IPC_CREAT);
    }
    int DestroyShm(int shmid)
    {
               if(shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL)<0)
              {
                   perror("shmctl");
                   return -1;
              }
              return 0;
    }
    char* Shmat(int shmid)
    {
      return (char*)shmat(shmid,NULL,0);
    }
    int Shmdt(char*add)
    {
       if(shmdt(add)<0)
       {
            perror("shmdt");
            return-1;
       }
       return 0;
    }
    
    
    shm.h
    #ifndef _SHM_H_
    #define _SHM_H_
    #define PATHNAME "."
    #define PROJ_ID 0x6666
    #include<stdio.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/shm.h>
    #include <unistd.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/wait.h>
    int GetShm();
    int CreateShm();
    char* Shmat(int shmid);
    int  Shmdt(char*add);
    int ComShm();
    #endif
    
    test.c
    #include"shm.h"
    int main()
    {
         int shmid=CreateShm();
         pid_t id=fork();
         if(id==0)
         {
       //child
            char*buf=Shmat(shmid);
              int i=0;
              while(i<4096)
              {
                   buf[i]='A'+i;
                   i++;
              }
              buf[i]=0;
              Shmdt(buf);
         }
         else
         {
       //father
             char*buf=Shmat(shmid);
              usleep(123456);
              printf("%s\n",buf);
              Shmdt(buf);
              wait(NULL);
              DestroyShm(shmid);
         }
         return 0;
    }

![这里写图片描述][SouthEast 1]

1、获取共享内存之后：

![这里写图片描述][SouthEast 2]

2、和共享内存关联之后：  
![这里写图片描述][SouthEast 3]

3、去关联之后：  
![这里写图片描述][SouthEast 4]

4、删除共享内存以后：  
![这里写图片描述][SouthEast 5]

[SouthEast]: /images/20220615/976badea0959459b88a4c07f28334d2f.png
[SouthEast 1]: /images/20220615/15fad978273944589e54cb8e0d9e725d.png
[SouthEast 2]: /images/20220615/92509c86e9ea41639becc302eeb0bca4.png
[SouthEast 3]: /images/20220615/7c0b2c90809d482cb4426238ba983c53.png
[SouthEast 4]: /images/20220615/5c19dbd4ed894a9a9a42e02f10e736dd.png
[SouthEast 5]: /images/20220615/b1be20abd3f84a08bec8ad0ab2d955ca.png