Linux多进程通信（3）——详细说说共享内存原理及使用例程

1.共享内存原理及优缺点

共享内存的原理便是将相同的一片物理内存映射到进程A和进程B不同的逻辑地址空间，两个进程同时访问这块物理内存（共享内存）。

1）优点
共享内存是进程间通信访问速度最快。
例如消息队列，FIFO，管道的消息传递方式一般为
1：服务器得到输入
2：通过管道，消息队列写入数据，通常需要从进程拷贝到内核。
3：客户从内核拷贝到进程
4：然后再从进程中拷贝到输出文件
上述过程通常要经过4次拷贝，才能完成文件的传递。
而共享内存只需要两次拷贝
1:从输入文件到共享内存区
2:从共享内存区输出到文件
上述过程减少了数据不必要的拷贝，以及用户态和内核态之间的切换，所以花的时间较少，和访问进程独有的内存区域一样快。

2）缺点
共享内存是进程间不安全的，需要使用额外的同步进制来控制对共享内存的访问，常用的是信号量。

2.查看系统共享内存

ipcs -m    //查看系统的共享内存
ipcrm -m [shmid] //删除指定共享内存段

3.函数API

1）获取共享内存

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

key：ftok生成的key标识，在系统中是唯一的
size：共享内存大小（系统申请内存的最小单位是页，一页是4K字节，为了避免大量的碎片，申请内存大小一般是页的整数倍），为0代表只是获取已经创建好的共享内存
shmflag：和信号量等相同，IPC_CREAT | IPC_EXCL则代表不存在则创建，存在则返回失败，0代表获取共享内存标识符，若不存在则函数会报错。

2）映射共享内存

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

shmid： 共享内存ID
shmaddr： 起始虚拟地址空间，NULL则是由系统自动分配
shmflag：一般为0，可以给SHM_RDONLY为只读模式，其他的为读写
返回值：成功返回虚拟地址，出错返回-1
fork后子进程继承已连接的共享内存地址。exec后该子进程与已连接的共享内存地址自动断开映射。进程结束后，连接的共享内存也会断开映射。

必须所有映射到共享内存的进程都断开映射，才会删除这片共享内存！

3）断开共享内存映射

int shmdt(const void *shmaddr);

shmdt： 断开共享内存映射（断开不代表删除共享内存，只是断开映射的线路）
shmaddr：共享内存地址

4）控制共享内存

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

shmid： 共享内存ID
cmd：执行的具体操作
IPC_RMID：表示可以删除共享内存
IPC_STAT：得到共享内存的状态，把共享内存的shmid_ds结构复制到buf中
IPC_SET：改变共享内存的状态，把buf所指的shmid_ds结构中的uid、gid、mode复制到共享内存的shmid_ds结构内
buf：共享内存管理的结构体
必须所有映射到共享内存的进程都断开映射，才会删除这片共享内存！

4.例程

1）write端代码

#include "apue.h"
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
//write hello world 
//another program read this msg

int main(int argc, char **argv)
{
    //1.根据文件和id获取key
    key_t key;
    key = ftok(".", 2);

    //2.根据key创建共享存储区
    int shmid = 0;
    shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget error");
        return -1;
    }

    //3.连接共享存储区和进程地址空间
    char *shmaddr = NULL;
    shmaddr = shmat(shmid, 0, 0);
    if (shmaddr == (char *)-1) {
        perror("shmat error");
        return -1;
    }

    //4.写入数据
    strcpy(shmaddr, "hello world");

    sleep(5);

    //5. 断开共享存储连接
    shmdt(shmaddr);
    //6. 删除共享存储区
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

    printf("success write!!\n");
    return 0;
}

2）read端代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
//write hello world 
//another program read this msg

int main(int argc, char **argv)
{
    //1.根据文件和id获取key
    key_t key;
    key = ftok(".", 2);

    //2.根据key创建共享存储区
    int shmid = 0;
    shmid = shmget(key, 0, 0);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget error");
        return -1;
    }

    //3.连接共享存储区和进程地址空间
    char *shmaddr = NULL;
    shmaddr = shmat(shmid, 0, 0);
    if (shmaddr == (char *)-1) {
        perror("shmat error");
        return -1;
    }

    printf("read data is %s \n", shmaddr);

    //5. 断开共享存储连接
    shmdt(shmaddr);

    printf("success read!!\n");
    return 0;
}

gcc编译后测试效果如下~，当然这只是一个简单的demo，正常我们使用的话，一定要用信号量等手段，进行共享内存的保护