【Linux】共享内存

共享内存

当多个进程需要在其间共享数据时，共享内存提供了一种高效的方式。它允许多个进程将同一块内存映射到它们的地址空间中，使得它们可以直接读写该内存，而不需要通过消息传递或其他形式的通信。

系统接口

在Linux中，使用共享内存需要以下步骤：

1. 创建共享内存区域：使用shmget系统调用来创建一个共享内存区域，并指定大小和权限。
2. 连接到共享内存区域：使用shmat系统调用将共享内存区域连接到进程的地址空间中，返回指向共享内存的指针。
3. 使用共享内存：通过使用指针可以直接读写共享内存。
4. 分离共享内存：使用shmdt系统调用将共享内存从进程的地址空间中分离。
5. 删除共享内存区域：使用shmctl系统调用可以删除共享内存区域。
   共享内存是一种强大的进程间通信机制，但它也需要谨慎使用，因为多个进程可以直接修改共享内存中的数据，所以需要通过其他方式（如信号量）来确保数据的正确性和一致性。在编程中，可以使用C语言中的头文件提供的函数来进行共享内存的操作。

当释放共享内存的时候，要先切断他们的映射关系，再释放共享区

创建共享内存区域 shmget

//shmget所在的头文件和声明
#include 
#include 

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

当创建成功后，返回共享内存的编号shmid，进程之间调用同一个共享内存的shmid是相等的
当创建失败后返回-1

key

• 共享内存是操作系统在内存中申请的一块内存空间，操作系统中可能会有大量的共享内存，操作系统为了管理这些共享内存就要用相应的结构来进行描述，每个共享内存都有自己唯一的标识来代表。
• 函数作用： 系统建立IPC通讯(如消息队列、共享内存时)必须指定一个ID值。通常情况下，该id值通过ftok函数得到

	#include 
    #include 

    key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

pathname用于产生key_t值的文件名(文件必须存在)
proj_id的低序8位（不能为0）

size

• size参数用于指明要创建的共享内存的大小，单位为字节。
• 操作系统创建共享内存是以page页为单位的，大小为4KB。

shmflg
shmflg参数用于指明shmget的使用模式。
IPC_CREAT and IPC_EXCL
单独使用IPC_CREAL:创建一个共享内存，如果共享内存不存在，就创建之，如果已经存在，获取已经存在的共性内存并返回
IPC_EXCL不能单独使用，一般都要配合IPC_CREAT
IPC_CREAT | IPC_EXCL：创建一个共享内存，如果共享内存不存在，就创建之，如果已经存在，则立马报错返回
– 如果创建成功，对应的shm，一定是最新的

关联共享区域 shmat

当使用共享内存时，需要将其先与要映射的进程进行关联，才可以进行通信

//shmat所在的头文件和声明
#include 
#include 

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

shmid：shmget创建共享内存时的返回值
shmaddr：指明要关联到的地址处，传入空指针操作系统会自己进行关联。
shmflg：指明对要关联的共享内存的权限，传入0为读写权限。
如果关联成功则返回其对应的虚拟地址，失败返回-1

去除共享关联 shmdt

当要进行删除共享内存的时候，我们需要将其的关联全部去除后，才可以正常删除共享内存

//shmdt所在的头文件和声明
#include 
#include 

int shmdt(const void *shmaddr);

shmaddr：为共享关联时，返回的虚拟地址
成功返回0，失败返回-1

删除共享内存区域

当共享内存的进程退出的时候，我们的共享内存还是存在的，它是随的os的退出而退出，而不是进程退出它就退出的
删除共享区域的方式有两种一种为命令删除ipcrm -m

另一种为调用系统函数删除shmctl

ipcrm选项介绍

ipcs表示多个通信资源，选项包括队列(-q)，共享内存(-m)，信号量(-a)

我们需要查看我们的共享内存时，可以通过-m选项来查看

ipcrm -m 加 shmid可以删除一个共享内存，这里是不可以通过key删除的
key类比文件的inode
shmid类比文件的fd

shmctl选项介绍

  #include 
  #include     

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

shmid：创建和读取共享进程时的返回值
cmd：对共享内存做操作（cmd选项有多种，其中包括，IPC_STAT 获取当前共享内存属性，IPC_SET 设置共享内存属性，IPC_RMID 标记这个段为释放）
*buf：获取共享内存字段属性，也是包括多种属性（删除时属性为nullptr）
如果函数发生错误返回-1

	int n = shmctl(shmid, IPC_RMID, nullptr);
    assert(n != -1);
    (void)n;

共享内存特性

• 无需多余拷贝：使用共享内存通信不需要任何接口，只要共享内存被映射到进程地址空间中，进程就能看到共享内存。
• 速度快：共享内存被映射到进程的地址空间中，进程就能看到共享内存，不涉及缓冲区，无需多余拷贝动作，因此共享内存通信速度很快。
• 无保护：使用共享内存通信不需要任何接口，因此共享内存不存在任何保护机制。