Linux进程通信之共享内存

目录

1、共享内存的介绍

2、共享内存函数介绍

1.创建共享内存函数shmget

2.映射内存函数shmat

3.分离共享内存函数shmdt 

4.删除共享内存函数shmctl

3、示例：

4、扩展

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1、共享内存的介绍

共享内存是一种进程间通信（IPC）的方式，它允许多个进程访问相同的内存区域，从而实现数据的共享。与其他 IPC 机制（如消息队列和信号量）不同，共享内存直接将一块内存映射到多个进程的地址空间中，使得它们可以直接读写这块内存，而无需进行复制或数据传输。这使得共享内存成为一种高效的 IPC 方法，特别适用于大量数据的共享和频繁的通信需求

优点：共享内存的主要优点是速度快，因为它允许进程直接访问共享的内存区域，而不需要复制数据。然而，它也需要进程之间进行同步和互斥，以避免数据一致性问题。共享内存是不支持原子操作的，所以需要我们使用信号量来完成进程之间的同步与互斥

2、共享内存函数介绍

1.创建共享内存函数shmget

使用 shmget 函数创建一个共享内存段，并返回一个标识符（shmid）

函数原型

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

• key：用于标识共享内存段的键值,使用ftok获取键值
• size：指定共享内存的大小，以字节为单位，在使用共享内存时，需要确保所有访问该共享内存的进程都能够使用相同的大小。
• shmflg：控制创建共享内存的标志。

以下是 shmflg 参数可以使用的一些标志：

• IPC_CREAT： 如果共享内存不存在，则创建一个新的共享内存段。如果已存在，则返回现有的共享内存标识符。

• IPC_EXCL： 与 IPC_CREAT 一起使用，如果共享内存已经存在，返回错误。用于确保创建新的共享内存段。

• IPC_NOWAIT： 如果无法获取共享内存，不会阻塞进程，而是立即返回错误。

• SHM_HUGETLB： （Linux 特定）使用 HugeTLB 页面，可以提高性能。这个标志需要在操作系统和内核中的 HugeTLB 配置支持下才能使用。

2.映射内存函数shmat

使用 shmat 函数将进程连接到共享内存段，返回连接的地址 

访问共享内存： 连接后，可以通过连接的地址直接读写共享内存。一般使用printf读、strcpy写

函数原型

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

• shmid：共享内存段的标识符。
• shmaddr：指定连接的地址，通常为 NULL，让系统自动选择地址。
• shmflg：连接共享内存的标志

shmflg 参数可以使用的一些标志：

• 0：将共享内存连接为读写，默认情况下，shmat 连接共享内存时是可读写的

• SHM_RDONLY： 将共享内存连接为只读。连接后，对共享内存的写操作将引发段错误。

3.分离共享内存函数shmdt 

使用 shmdt 函数将进程从共享内存段分离。

函数原型

int shmdt(const void *shmaddr);

参数：连接的地址

4.删除共享内存函数shmctl

使用 shmctl 函数删除共享内存段，也可以用来修改共享内存的状态信息、内存大小（这里不讲）

函数原型

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

cmd：控制共享内存的操作，通常为 IPC_RMID 表示删除。

buf：指向 struct shmid_ds 结构体的指针，用于传递或接收共享内存的状态信息。在删除操作中我们通常将它设置为0或NULL 

3、示例：

往共享内存里面写数据

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main() {
    char *shmaddr;
    key_t key = ftok(".", 5);
    
    // 创建一个 4KB 大小的共享内存段
    int shmid = shmget(key, 1024 * 4, IPC_CREAT | 0666);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 将共享内存连接到进程地址空间
    shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);
    if (shmaddr == (char *)-1) {
        perror("shmat failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 在共享内存中写入字符串
    strcpy(shmaddr, "happy bay!!!");

    // 等待 5 秒钟
    sleep(5);

    // 分离共享内存
    if (shmdt(shmaddr) == -1) {
        perror("shmdt failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 删除共享内存段
    //if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
    //     perror("shmctl failed");
    //    exit(EXIT_FAILURE);
    //}

    return 0;
}

读取共享内存里面的数据

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main() {
    char *shmaddr;
    key_t key = ftok(".", 5);
    int shmid = shmget(key, 0, 0);

    if (shmid == -1) {
        perror("shmget failed");
        exit(-1);
    }

    // 将共享内存连接到进程地址空间
    shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);

    if (shmaddr == (char *)-1) {
        perror("shmat failed");
        exit(-1);
    }

    // 输出共享内存的内容
    printf("shmaddr = %s\n", shmaddr);

    // 分离共享内存
    if (shmdt(shmaddr) == -1) {
        perror("shmdt failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 删除共享内存段（如果需要在所有进程都完成对共享内存的操作后删除）
     if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
         perror("shmctl failed");
         exit(-1);
     }

    return 0;
}

4、扩展

命令ipcs -m 查看共享内存

命令ipcrm -m +共享内存的id 删除共享内存