进程通信-共享内存

Gen
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共享内存通信方式

定义

共享内存指 (shared memory)在多处理器的计算机系统中，可以被不同CPU访问的大容量内存。由于多个CPU需要快速访问存储器，这样就要对存储器进行缓存。任何一个缓存的数据被更新后，由于其他处理器也可能要存取，共享内存就需要立即更新，否则不同的处理器可能用到不同的数据。共享内存是 Unix下的多进程之间的通信方法 ,这种方法通常用于一个程序的多进程间通信，实际上多个程序间也可以通过共享内存来传递信息。

概述

共享内存是进程间通信中最简单的方式之一。共享内存允许两个或更多进程访问同一块内存，就如同 malloc() 函数向不同进程返回了指向同一个物理内存区域的指针。当一个进程改变了这块地址中的内容的时候，其它进程都会察觉到这个更改。

共享内存实际上就是进程通过调用shmget（Shared Memory GET 获取共享内存）来分配一个共享内存块，然后每个进程通过shmat（Shared Memory Attach 绑定到共享内存块），将进程的逻辑虚拟地址空间指向共享内存块中。 随后需要访问这个共享内存块的进程都必须将这个共享内存绑定到自己的地址空间中去。当一个进程往一个共享内存快中写入了数据，共享这个内存区域的所有进程就可用都看到其中的内容。

特点

迅速

共享内存是进程间共享数据的一种最快的方法。一个进程向共享的内存区域写入了数据，共享这个内存区域的所有进程就可以立刻看到其中的内容。

互斥

使用共享内存要注意的是多个进程之间对一个给定存储区访问的互斥。若一个进程正在向共享内存区写数据，则在它做完这一步操作前，别的进程不应当去读、写这些数据。

操作

分配

shmget方法简述

int shmget(key_t key, size_t size,int shmflg);

  1. 调用shmget分配一个shared memory

  2. 第一个参数是一个用来标识共享内存块的键值,彼此无关的进程可以通过指定同一个键以获取对同一个共享内存块的访问.不幸的是，其它程序也可能挑选了同样的特定值作为自己分配共享内存的键值，从而产生冲突。用特殊常量IPC_PRIVATE作为键值可以保证系统建立一个全新的共享内存块.

  3. 第二个参数指定了所申请的内存块的大小。因为这些内存块是以页面为单位进行分配的，实际分配的内存块大小将被扩大到页面大小的整数倍。

  4. 第三个参数是一组标志，通过特定常量的按位或操作来shmget.其取值如下：

    IPC_CREAT：如果不存在就创建

    IPC_EXCL： 如果已经存在则返回失败

映射

让一个进程获取对一块共享内存的访问，这个进程必须先调用 shmat(shared memory attach).

void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

功能：

将一个共享内存段映射到调用进程的数据段中。简单来理解，让进程和共享内存建立一种联系，让进程某个指针指向此共享内存。

参数：

shmid：共享内存标识符，shmget() 的返回值。

shmaddr：共享内存映射地址(若为 NULL 则由系统自动指定)，推荐使用 NULL。

shmflg：共享内存段的访问权限和映射条件( 通常为 0 )，具体取值如下：

0：共享内存具有可读可写权限。

SHM_RDONLY：只读。

SHM_RND：（shmaddr 非空时才有效）

返回值：

成功：共享内存段映射地址( 相当于这个指针就指向此共享内存 )

失败：-1

解除

方法

int shmdt(const void *shmaddr);

参数

shmaddr：共享内存映射地址。

返回值：

成功：0

失败：-1

控制

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

功能

共享内存属性的控制。

参数

shmid：共享内存标识符。

cmd：函数功能的控制，其取值如下：

​ IPC_RMID：删除。(常用 )

​ IPC_SET：设置 shmid_ds 参数，相当于把共享内存原来的属性值替换为 buf 里的属性值。

​ IPC_STAT：保存 shmid_ds 参数，把共享内存原来的属性值备份到 buf 里。

​ SHM_LOCK：锁定共享内存段( root用户 )。

​ SHM_UNLOCK：解锁共享内存段。

​ SHM_LOCK 用于锁定内存，禁止内存交换。并不代表共享内存被锁定后禁止其它进程访问。其真正的意义是：被锁定的内存不允许被交换到虚拟内存中。这样做的优势在于让共享内存一直处于内存中，从而提高程序性能。

buf：shmid_ds 数据类型的地址，用来存放或修改共享内存的属性。

返回值

​ 成功：0

​ 失败：-1

Example

描述

创建两个进程，在 A 进程中创建一个共享内存，并向其写入数据，通过 B 进程从共享内存中读取数据。

写端代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define BUFSZ 512
int main()
{
	int shmid;
	int ret;
	key_t key;
        char* shmadd;
	//创建key
	key = ftok("../", 2015);
    if(key == -1)
        perror("ftok");
    
    shmid=shmget(key,BUFSZ,IPC_CREATE|0666);
    if(shmid<0)
    {
		perror("shmget");
        exit(-1);
    }
    
    //映射
    shmadd = shmat(shmid,NULL,0);
    if(shmadd < 0)
    {
        perror("shmat");
        _exit(-1);
    }
 	//清空共享内存
    bzero(shmadd, BUFSZ);
    strcpy(shmadd, "how are you, lh\n");
    return 0;
}

读端代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define BUFSZ 512


int main(int argc, char *argv[])
{
	int shmid;
    int ret;
    key_t key;
    
	key = ftok("../", 2015);
    if(key == -1)
    {
        perror("ftok");
    }
	system("ipcs -m");
    
	shmid = shmget(key, BUFSZ, IPC_CREAT|0666);

    if(shmid < 0)
    {
        perror("shmget");
        exit(-1);
    }
 
    //映射
    shmadd = shmat(shmid, NULL, 0);
    if(shmadd < 0)
    {
        perror("shmat");
        exit(-1);
    }
 
    //读共享内存区数据
    printf("data = [%s]\n", shmadd);
 
    //分离共享内存和当前进程
    ret = shmdt(shmadd);
    if(ret < 0)
    {
        perror("shmdt");
        exit(1);
    }
    else
    {
        printf("deleted shared-memory\n");
    }
 
    //删除共享内存
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
 
    system("ipcs -m"); //查看共享内存
 
    return 0;
}
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