Linux进程间通信——使用共享内存

原文链接： https://blog.csdn.net/ljianhui/article/details/10253345

• 共享内存允许多个进程共享一个给定的内存空间，进程可以直接读写内存，因此是IPC中速度最快的。

• Linux中，内核专门留出了一块内存区作为共享内存区，用于多个进程交换信息。需要通信的进程将共享内存区映射到自己的私有地址空间，从而使读写进程地址空间就相当于读写内存区。使用共享内存的头文件是#include

• 由于多个进程读写同一块内存区，所以需要进行同步处理，一般要和信号量联合使用（也可使用互斥量和记录锁）。

  • 
• 共享内存段默认是32M字节。

• 共享内存的操作流程（只使用于相关进程，即亲缘进程间的通信）：

  • 创建/打开一块共享内存区
  • 把指定的共享内存映射到进程的地址空间
  • 撤销共享内存映射
  • 删除共享内存对象（key代表的IPC对象）

• 共享内存常用函数：

  • shmget(key, size, flag)：创建新的共享内存段或者取得已有的共享内存段，函数返回共享存储段的ID(shmid)。key标识共享内存的键值，两个进程用相同的key时用shmget得到的shmid是相同的，此时可以访问同一块共享内存。size表示获得的共享内存大小。flag表示共享内存块的访问权限，如果想共享内存段不存在时新建一个，用IPC_CREAT与权限值做位与操作即可。

  • shmat(shmid, addr, flag)：将共享存储段映射到进程的地址空间。应当制定addr为0，由系统选择地址（该地址位于堆栈之间）。 flag是一组标志位，一般也为0。调用成功后，返回指向共享内存第一个字节的指针。

  • shmdt(addr)：将进程地址空间与该共享内存段分离，使该共享内存对当前进程而言不可用。

  • shmctl(shm_id, command, buf)：控制共享内存。command参数：IPC_RMID（删除共享内存段）、IPC_STAT和IPC_SET（不常用）

• 无关进程（非亲缘进程）共享内存的方法：

  • 使用XSI共享存储函数
  • 使用mmap将同一文件映射到多个进程的地址空间，为此要使用MAP_SHARED标志以保证：一个进程写到存储段，另一个进程可见。
• 使用共享内存的优缺点：
  • 优点：方便，接口简单；数据不用传送而是直接读写内存，效率高；没有无名管道那种亲缘进程才能通信的限制，适用于不相关进程通信。
  • 缺点：需要借助外部的同步机制
• 共享内存的使用例子，创建两个进程，shmwrite向共享内存写数据，shmread从共享内存读数据：
  • shmread进程，创建一块共享内存段，将共享内存段映射到自己的内存空间，从内存中读数据。

    #include   
    #include   
    #include   
    #include 
    struct shared_use_st  
    {  
        int wirte_read_flag;        //作为一个标志，非0：表示可读，0表示可写  
        char text[1024];              //记录写入和读取的文本  
    };
    int main()  
    {  
        int running = 1;    //程序是否继续运行的标志  
        void *shm = NULL;    //分配的共享内存的原始首地址  
        struct shared_use_st *shared;   //指向shm  
        int shmid;         //共享内存标识ID号  
        //创建共享内存，当key一样时返回的shmid也是一样的，则两个进程使用同一块共享内存，IPC_CREAT表示创建一块指定key的共享内存块
        shmid = shmget((key_t)1234, sizeof(struct shared_use_st), 0666|IPC_CREAT);  
        if(shmid == -1)  
        {  
            fprintf(stderr, "shmget failed\n");  
            exit(EXIT_FAILURE);  
        }  
        //将共享内存连接到当前进程的地址空间  
        shm = shmat(shmid, 0, 0);  
        if(shm == (void*)-1)  
        {  
            fprintf(stderr, "shmat failed\n");  
            exit(EXIT_FAILURE);  
        }  
        printf("\nMemory attached at %X\n", (int)shm);  
        //设置共享内存  
        shared = (struct shared_use_st*)shm;  
        shared->wirte_read_flag = 0;  //设为可写
        while(running)   //读取共享内存中的数据  
        {  
            //可读模式，从进程的地址空间shm里读就相当于从共享内存里读
            if(shared->wirte_read_flag != 0)  
            {  
                printf("Receive Message: %s", shared->text);  
                sleep(rand() % 3);  
                //读取完数据，设置wirte_read_flag使共享内存段可写  
                shared->wirte_read_flag = 0;  
                //输入了end，退出循环  
                if(strncmp(shared->text, "end", 3) == 0)  
                    running = 0;  
            }  
            else        //有其他进程在写数据，不能读取数据  
                sleep(1);  
        }  
        //把共享内存从当前进程中分离  
        if(shmdt(shm) == -1)  
        {  
            fprintf(stderr, "shmdt failed\n");  
            exit(EXIT_FAILURE);  
        }  
        //删除共享内存  
        if(shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) == -1)  
        {  
            fprintf(stderr, "shmctl(IPC_RMID) failed\n");  
            exit(EXIT_FAILURE);  
        }  
        exit(EXIT_SUCCESS);  
    }

    #include   
    #include   
    #include   
    #include   
    #include   
    struct shared_use_st  
    {  
        int wirte_read_flag;        //作为一个标志，非0：表示可读，0表示可写  
        char text[1024];              //记录写入和读取的文本  
    };
    int main()  
    {  
        int running = 1;  
        void *shm = NULL;  
        struct shared_use_st *shared = NULL;  
        char buffer[1024 + 1];  //用于保存输入的文本  
        int shmid;  
        //创建共享内存，当key一样时，返回的shmid也是一样的，则两个进程访问同一块共享内存，IPC_CREAT表示创建一块指定key的共享内存
        shmid = shmget((key_t)1234, sizeof(struct shared_use_st), 0666|IPC_CREAT);  
        if(shmid == -1)  
        {  
            fprintf(stderr, "shmget failed\n");  
            exit(EXIT_FAILURE);  
        }  
        //将共享内存连接到当前进程的地址空间  
        shm = shmat(shmid, (void*)0, 0);  
        if(shm == (void*)-1)  
        {  
            fprintf(stderr, "shmat failed\n");  
            exit(EXIT_FAILURE);  
        }  
        printf("Memory attached at %X\n", (int)shm);  
        //设置共享内存  
        shared = (struct shared_use_st*)shm;  
        while(running)    //向共享内存中写数据  
        {  
            //数据还没有被读取，则等待数据被读取,不能向共享内存写
            while(shared->wirte_read_flag == 1)  
            {  
                sleep(1);  
                printf("Waiting...\n");  
            }  
            //向共享内存中写入数据，向进程的地址空间shm里写就相当于往共享内存里写！  
            printf("Enter some text: ");  
            fgets(buffer, BUFSIZ, stdin);  
            strncpy(shared->text, buffer, 1024);  
            //写完数据，设置written使共享内存段可读  
            shared->wirte_read_flag = 1;  
            //输入了end，退出循环  
            if(strncmp(buffer, "end", 3) == 0)  
                running = 0;  
        }  
        //把共享内存从当前进程中分离  
        if(shmdt(shm) == -1)  
        {  
            fprintf(stderr, "shmdt failed\n");  
            exit(EXIT_FAILURE);  
        }  
        sleep(2);  
        exit(EXIT_SUCCESS);  
    }