进程间通信之共享内存

目录

1.共享内存：

2.创建与删除

3.attch与detach

4.使用

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进程间通信的本质就是：让不同的进程看见同一份资源。

上一篇博客的匿名管道适用于：有血缘关系的进程，父进程子进程兄弟进程。

                      命名管道适用于：不相关的进程，它是一种特殊的文件。

                      它们俩的本质都是一片缓冲区。

而这次的共享内存实质是物理内存的一块区域。

1.共享内存：

        不同的进程通过访问内存上的同一片区域，实现通信。

        这次学的是System V共享内存，这是时代竞争的产物。

原理：

①在内存中创建共享内存区域。

②通过特定系统接口将这块区域映射关联到进程的上下文中。

2.创建与删除

        创建我们要使用到shmget这个系统调用接口。

        它的作用是创建一个 System V级别的共享内存。

①key：标识共享内存的值。

②size：共享内存的大小。建议传（页）4KB的整数倍，因为磁盘和操作系统IO的基本单位是4KB，所以磁盘在将数据拷贝到内存时，会以4KB整数倍的大小来占用内存。

③shmflg：可以传入两个宏，IPC_CREAT  和　IPC_EXCL。传入０的话，默认是IPC_CREAT。

IPC_CREAT：创建共享内存，如果存在就获取它，如果不存在就创建一个。

IPC_EXCL：与IPC_CREAT搭配使用，如果存在就获取它，如果不存在就出错返回。

                 －＞它可以保证如果调用shmget函数成功，所创建的一定是一个全新的共享内存。

return value：a valid shared memory identifier is returned.

                       一个有效的共享内存的标识符被返回。

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Ps：

        我们怎么知道共享内存存在还是不存在？内核中有相应的数据结构来管理这些共享内存。

在用户层，会有这样的结构体来描述共享内存：

        这个结构体中还有一个结构体ipc_perm （IPC(Inter-Process Communication，进程间通信) perm(permission，权限，许可)），也就是进程间通信权限。

        这个结构体中第一个成员__Key，是不是很熟悉，就是shmget的一个参数。

        它表示共享内存的唯一值。这个key值一般由用户提供。

        假设：a进程和b进程要通信，a进程向shmget传入一个key值，b进程通过这个key值访问这块共享内存，这就实现了进程间通信。

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        那怎么保证我们的唯一key值和系统已存在的共享内存的key值冲突呢？

        要使用ftok这个函数帮我生成。

①pathname：任意一个文件所在路径。

②proj_id：你想要设置的值。

        因为文件的inode编号是唯一的与你给的数值，依据算法，会给出一个key值。

我们先来使用下这些函数。

为了更好的打印：

#pragma once 

#include 
#include 


std::ostream& output()
{
    std::cout<<"For debug:"<

第一步：在head.hpp中使用ftok函数创建key值

#pragma once 

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define PATH "/home/Yewei/Code/study20221112"
#define PROJ_ID 0x12

key_t Creat_key()
{
    key_t key = ftok(PATH,PROJ_ID);
    if(key == -1)
    {
        std::cerr<<"ftok erro:"<

第二步：获得key值之后，调用shmget函数

const int flag = IPC_CREAT | IPC_EXCL ;

int main()
{
    //create key
    key_t key = Creat_key();
    output()<< key <

运行结果：

 我们多运行几次：

         会发现这个共享内存总是创建失败，说明声明，随着进程结束，共享内存并不会被销毁。

         通过退出码可以看到，是在创建共享内存时报错。

结论是：
        System V下的共享内存，它的生命周期随着内核。如果不显示的删除，只能通过kernel（os）重启来解决。

如何显示的删除：

①先知道要删除哪一个

 ipcs -m

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Ps:

perms:

        这是我们所创建共享内存的权限，与对操作的文件的权限相同，避免我们一会使用共享内存出现问题，所以我们现在在flag后面要"|"上对共享内存操作的权限。

nattch:

        与共享内存所连接进程的个数。

status：

        表示共享内存的状态。

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 通过命令行删除

 ipcrm -m X                                                                                   X:shimd

        为什么要用shimd来删除呢，为什么不用key来删除，毕竟key值是唯一标示的共享内存。

        因为我们是在用户层，用命令行来用进程将共享内存删除。shmid是由shmget函数返回给用户的标定共享内存的值，在用户层删除当然要用shimd来删除。而key是内核中标定共享内存的值。

②通过系统接口

       这次删除就简单点。

shmid：传入shmget的返回值。

cmd：传入IPC_RMID。

buf: 如果传入IPC_RMID，此处就可以传入NULL。

        具体的大家可以在man手册中再深入研究一下。

我们使用一下：

    //delte shm
    int cnt = 3;
    while(cnt--)
    {
        cout<<"删除倒计时::"<

结果：

   

3.attch与detach

        attch我们要使用shmat。

        简单使用。

shmid： 传入shmget的返回值。

shamaddr：所要挂接到地址空间的什么位置，今天我们只用传NULL。

shmflg：传入0，就是默认读写共享内存。

return value：成功，返回挂接共享内存的地址。失败，-1。

        关键就是这个返回值，就如同malloc一样，成功创建一块堆区空间，返回地址通过地址来访问堆区。在这一样，我们可以通过返回值来访问共享内存。

代码：

    //attch shm
    int cnt = 3;
    while(cnt--)
    {
        cout<<"attach倒计时::"<

结果：

        

        detach我们要使用shmdt。

        只要将我们获得的共享内存的地址传入即可。

代码：

    //detach shm
    cnt = 3;
    while (cnt--)
    {
        cout << "detach倒计时::" << cnt << endl;
    }
    shmdt(shm);
    output() << "detach success!" << endl<

结果： 

4.使用

        我们首先去编写另一个进程，用当前进程和另一个进程共同去使用共享内存。

        注意我们创建shm的文件是IpcShmCre.cpp，使用shm的文件是IpcShmUse.cpp。

        在IpcShmUse.cpp中这样写：

#include "head.hpp"
#include "output.hpp"
using namespace std;

//使用共享内存

int main()
{
    // creat key
    key_t key = Creat_key();
    cout << key << endl;

    // get shm
    int shmid = shmget(key, SIZE, IPC_CREAT);
    if (shmid == -1)
    {
        output() << "shmget error :" << strerror(errno) << endl;
        return 1;
    }

    //attch
    char* shm = (char*)shmat(shmid,nullptr,0);

    //use shm
    int index = 0;
    while(index != 26)
    {
        shm[index] = 'A' + index;
        ++index;
        shm[index] = '\0';
        sleep(1);
    }

    //detach shm
    shmdt(shm);

}

        在IpcShmCre.cpp中这样写：

    // use shm
    while(1)
    {
        printf("%s\n",shm);
        sleep(1);
    }

结果：

 运行一段时间后：

         导致这样的情况是因为共享内存的的特性，它没有任何访问控制。共享内存被用户直接看到，属于双方的用户空间。

我们还可以这样写：

在IpcShmCre.cpp中这样写：

    // use shm
    while(1)
    {
        printf("%s",shm);
        sleep(1);
    }

 在IpcShmUse.cpp中这样写：

    while(1)
    {
        printf("Please import$$");
        fflush(stdout);
        ssize_t sz = read(0,shm,SIZE);
        if(sz > 0)
        {
            shm[sz] = '\0';
        }
    }

结果：

         感谢观看。