Linux进程间通信之共享存储

共享存储

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所谓共享存储，就是一块共享的内存区域，它可被多个进程以读或写的形式访问，以达到进程间通信的目的。
因为这个通信方式，发送端与接收端不需要来回复制要发送接收的信息，所以共享存储是最快的一种IPC（进程间通信方式）。
既然共享存储允许多个进程去访问，那么它必须满足同步与互斥原则，在发送端正在写的时候，接收端不应该去读。通常我们使用信号量或者互斥量来达到这一目的。

共享内存同消息队列，信号量相同，同属于XSI IPC。内核都为他们维护了一套数据结构。
共享内存的数据结构：

struct shmid_ds
{
    struct ipc_perm shm_perm;
    size_t shm_segsz;
    pid_t shm_lpid;
    pid_t shm_cpid;
    shmatt_t shm_nattch;//shmatt_t定义为无符号整型，他至少和unsigned short一样大。
    time_t shm_atime;
    time_t shm_dtime;
    time_t shm_ctime;
    ...
}

同样，系统会给每一个共享内存资源设立一个唯一的标识符key，我们可以通过函数ftok得到这个key。数据类型为key_t。

#include
key_t ftok(const char* path,int id);

path指向一个字符串，表示路径名，我们一般设为当前路径“.”，id为项目id，一般指定为一个0~255之间的数。

操作函数

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获得共享存储

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#include
int shmget(key_t key,size_t size,int flag)

返回值：成功返回共享存储区的shmid，若失败，返回-1。
参数key即为我们调用ftok函数得到的标识符，作为系统对此共享存储资源的唯一标识。
参数size是要申请的共享存储区的大小，以字节为单位，这个数一般为系统页长的整数倍（4K的整数倍）。若申请的size不是页长的整数倍，系统也是按整数倍进行分配的，但是最后一页余下的部分不可用。如果创建一个新的资源，则必须指定size，且段的内容会被初始化为0。若引用一个已经存在的，则将size置为0。
参数flag与消息队列相同，有两个选项，IPC_CREAT和IPC_EXCL。使用的时候有两种情况：
1. IPC_CREAT和IPC_EXCL一起使用（IPC_CREAT|IPC_EXCL），表示申请创建一个新的IPC资源，若要申请的资源已经存在，则错误返回。若不存在，则创建。
2. IPC_CREAT单独使用，表示申请创建一个IPC资源，若要申请的IPC资源已经存在，则直接使用；若不存在，则创建新的。
一般我们还会在后面加上资源的默认权限（如0666）。

删除共享存储

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

返回值：成功返回0，失败返回-1。
参数shmid即为我们调用shmget得到的共享存储的id。
参数cmd指定了要执行了命令，当cmd被设置为IPC_RMID时，该函数执行删除动作。此时，第三个参数设为NULL。
除此之外，cmd还有IPC_STAT，IPC_SET等命令。

将进程挂接到共享存储上

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#include
void* shmat(int shmid,const void* attr,int flag);

返回值：若成功，返回指向共享内存存储的指针，若失败，返回-1。
shmid不再多说，attr参数决定了共享存储段连接到调用进程的那个地址。一般我们设置为NULL或0，表示此段连接到由内核选择的第一个可用地址上。这是推荐的使用方式。
如果参数flag指定了SHM_RDONLY，则以只读方式连接，否则以读写的方式连接。
如果此函数成功执行的话，那么内核将使与该共享存储段相关的shmid_ds结构中的shm_nattch计数器值加1。

将进程从共享存储上卸载

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#include
int shmdt(const void* addr)

返回值：成功返回0，失败返回-1。
参数addr是之前调用shmat的返回值。如果函数执行成功的话，shmdt将使相关shmid_ds结构中的shm_nattch计数器减1。
当使用完共享存储后，调用此函数令进程与它分离，但共享存储并不会消失，其标识符仍然还在，直到有进程调用shmctl将其删除。

查看系统的共享存储资源

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系统同样为我们提供了查看共享内存IPC资源的指令：

ipcs -m

删除共享内存资源：

ipcrm -m [shmid]

以共享存储实现客户机-服务器模式

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头文件comm.h

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#ifndef __COMM__
#define __COMM__

#include
#include
#include
#include

#define PATHNAME "."
#define PROJID 0X666
#define SIZE 4096*1

int commMem(int flags);
int creatMem();
int getMem();
int destoryMem(int shmid);


#endif  //__COMM__

源文件comm.c

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#include"comm.h"

int commMem(int flags)
{
    key_t _k = ftok(PATHNAME,PROJID);
    if(_k < 0)
    {
        perror("ftok");
        return -1;
    }
    int shmid = shmget(_k,SIZE,flags);
    if(shmid < 0)
    {
        perror("shmget");
        return -1;
    }
    return shmid;
}

int creatMem()
{
    return commMem(IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
}

int getMem()
{
    return commMem(IPC_CREAT);
}

int destoryMem(int shmid)
{
    int ret = shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
    if(ret < 0)
    {
        perror("destory shmctl");
        return -1;
    }
    return 0;
}

客户机文件client.c

#include"comm.h"

int main()
{
    printf("client\n");
    int shmid = getMem();
    if(shmid < 0)
    {
        printf("getMem error !");
        return -1;
    }
    printf("shmid : %d\n",shmid);
    sleep(5);
    char* addr = shmat(shmid,NULL,0);
    if(addr == NULL)
    {
        printf("NULL!!!!!!!\n");
    }
    //printf("Debug addr %s",addr);
    if(addr < 0)
    {
        perror("client shmat");
        return -1;
    }
    int i = 0;
    while(i < SIZE - 1)
    {
        addr[i] = 'L';
        addr[i+1] = '\0';
        sleep(1);
        i++;
    }
    int ret = shmdt(addr);
    printf("Debug shmdt \n");
    if(ret < 0)
    {
        perror("client shmdt");
        return -1;
    }
    return 0;
}

服务器文件server.c

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#include"comm.h"

int main()
{
    int shmid = creatMem();
    sleep(10);
    if(shmid < 0)
    {
        printf("CreatMem error !\n");
        return -1;
    }
    char *addr = shmat(shmid,NULL,0);
    if(addr < 0)
    {
        perror("shmat");
        return -1;
    }
    while(1){
        printf("#\n");
        printf("%s\n",addr);
        printf("#\n");
        sleep(1);
    }
    int ret = shmdt(addr);

    if(ret < 0)
    {
        perror("shmdt");
        return -1;
    }
    int retdes = destoryMem(shmid);
    if(retdes < 0)
    {
        printf("destoryMem error !\n");
        return -1;
    }

    return 0;
}