进程通信之共享内存

上篇文章介绍了进程间的FIFO通信，FIFO通信属于有名管道通信，其能够用于任何进程间的数据通信。

今天介绍第三种进程通信方式—共享内存。

共享内存的概念

共享内存（share memory）是一种最为高效的进程间通信方式，是因为进程能够直接对内存进行读写，且不需要进行数据的保存与复制。

为了实现在多个进程间高效的数据通信，linux内核特地留下一块内存区，该内存区能够被需要的进程映射到自身的内存空间。因此，进程便能够直接对这块内存区进行读写操作。

共享内存的实现进程通信的原理图如下：

共享内存的实现步骤

共享内存的实现较为简单，一共分为两个步骤：

创建共享内存。通过函数shmget()从内存中获取一块共享内存区域，该函数返回值为共享内存的ID。

映射共享内存。通过函数shmat()将上一步获取的共享内存映射到具体的内存空间。

NOTE：先创建共享内存，再将共享内存映射到每个进程中。

下图为一个简单的共享内存实现流程图：

共享内存的代码实现

下面是共享内存的代码实现（已在linux环境下编译通过）：

//文件名shm.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

#define MAX_BUFFER_LEN 1024

int main()
{
  pid_t pid;
  int shm_id;
  char* shm_addr;
  char flag[] = "WROTE";
  char buff[MAX_BUFFER_LEN];
  int i = 0;

  memset(buff, 0, sizeof(buff));
  shm_id = shmget(IPC_PRIVATE, MAX_BUFFER_LEN, 0666);//创建共享内存文件，并设置文件掩码
  if(shm_id == -1)
  {
    printf("creat share memory fail.\n");
    return 0;
  }
  else
  {
    printf("creat share memeory: %d\n", shm_id);
  }

  system("ipcs -m");

  pid = fork();//创建子进程
  if(pid == -1)
  {
    printf("creat child process fail.\n");
    exit(1);
  }
  else if(pid == 0)//子进程进入该分支
  {
    printf("this is child process.\n");
    shm_addr = shmat(shm_id, 0, 0);//将共享内存映射到子进程
    if(shm_addr == (void*)-1)
    {
      perror("child: shmat");
      exit(1);
    }
    else
    {
      printf("child: attach shared-memory: %p\n", shm_addr);
    }
    system("ipcs -m");

    while((strncmp(shm_addr, flag, strlen(flag))) && (i <= 10))
    {
      printf("child: wait for emable data..\n");
      sleep(5);
      i++;
    }

    strcpy(buff, shm_addr+strlen(flag));
    printf("child: share-memory: %s\n", buff);

    if(shmdt(shm_addr) == (void*)-1)
    {
      perror("shmat");
      exit(1);
    }
    else
    {
      printf("child: deattach shared-memory.\n");
    }

    system("ipcs -m");
    if(shmctl(shm_id, IPC_RMID, NULL) == -1)
    {
      perror("child: shmctl(IPC_RMID)\n");
      exit(1);
    }
    else
    {
      printf("delete shared-memory.\n");
    }
    system("ipcs -m");
    exit(0);
  }
  else//父进程进入该分支
  {
    printf("this is parent process.\n");
    shm_addr = shmat(shm_id, 0, 0);//将共享内存映射到父进程
    if(shm_id == -1)
    {
      perror("creat share memory");
      exit(1);
    }
    else
    {
      printf("parent process share memory address: %p\n", shm_addr);
    }
    sleep(1);
    printf("\ninput some string:\n");
    fgets(buff, MAX_BUFFER_LEN, stdin);
    strncpy(shm_addr+strlen(flag), buff, strlen(buff));
    strncpy(shm_addr, flag, strlen(flag));

    if(shmdt(shm_addr) == -1)
    {
      perror("parent: shmdt");
      exit(1);
    }
    else
    {
      printf("parent: deattach share memory\n");
    }
    system("ipcs -m");

    waitpid(pid, NULL, 0);
    printf("finish\n");
  }
  exit(0);
  return 0;
}
//编译命令为：gcc shm.c -o shm
//运行命令为：./shm

下图是代码运行结果：

总结

共享内存是一种很高效的进程间通信方式，其原理非常简单，且易于用代码实现，感兴趣的朋友可以自己动手实践一下。

共享内存通信虽说简单，但在实际开发项目应用并不太广泛。下篇文章将介绍一种广泛使用的进程间通信方式—消息队列。

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