Linux详解共享内存
Linux详解共享内存
- 1. Linux详解共享内存
- 2. 共享内存简介
- 3. 共享内存的原理
- 4. 共享内存函数
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- 4.1 shmget 函数 - 创建共享内存
- 4.2 ftok 函数 - 获取 key 值
- 4.3 shmat 函数 - 连接共享内存到进程地址空间
- 4.4 shmdt 函数 - 断开连接共享内存
- 4.5 shmctl 函数 - 控制共享内存
- 5. 共享内存的代码实现
1. Linux详解共享内存
在Linux操作系统中，共享内存是一种用于实现进程间通信（IPC）的机制，允许多个进程访问同一块内存区域。共享内存是一种高效的IPC方式，因为它允许进程直接共享数据，而无需进行数据的复制和传输。
2. 共享内存简介
什么是共享内存？
共享内存是操作系统中的一块内存区域，用于多个进程之间直接访问和共享数据。通过获取内存地址，进程可以实现数据的读写操作。
共享内存优点
适用范围广：可用于父子进程和非父子进程通信。
快速访问：直接访问内存，速度相对较快，无需通过文件系统。
共享内存缺点
不支持阻塞等待：无内建阻塞机制，读写端可以同时访问内存。
缺乏访问控制：无法主动停止读写，需要额外的同步机制。
3. 共享内存的原理
共享内存允许多个进程访问同一块物理内存，这使得它成为一种快速且有效的进程间通信方式。以下是共享内存的基本原理：
内核空间分配内存： 在内核空间中，通过系统调用（如shmget）来分配一块共享内存区域。
进程连接共享内存： 进程通过系统调用（如shmat）将共享内存区域连接到它们的地址空间中。
进程访问共享内存： 连接后，进程可以直接在共享内存区域进行读写操作，就像访问自己的内存一样。
内核管理同步： 为了确保多个进程之间的同步，通常需要使用信号量等机制来管理对共享内存的访问。
4. 共享内存函数
4.1 shmget 函数 - 创建共享内存
#include
#include
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
key 参数：
用于标识共享内存的唯一键值，通常通过 ftok 函数生成。可以使用任意整数值，但通常会使用 ftok 函数以便唯一标识。
size 参数：
共享内存的大小，一般设置为4k的整数倍，因为操作系统在分配空间时是以4k对齐的。例如，4096表示4KB的共享内存。
shmflg 参数：
由九个权限标志构成，表示创建共享内存的方式。
IPC_CREAT：如果不存在，则创建；如果存在，则返回旧的共享内存标识符。
IPC_EXCL：与 IPC_CREAT 一同使用，表示如果存在则出错返回，即创建一个全新的共享内存。
权限位：用于设置创建的共享内存的权限，通常以八进制表示，例如，0666表示读写权限。
返回值：
成功时返回共享内存标识符（shmid），失败时返回 -1。
例如：
int shmid = shmget(key, 4096, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
4.2 ftok 函数 - 获取 key 值
#include
#include
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
pathname 参数：
文件路径名，通常使用 ftok 来生成 key。可以使用当前工作目录的路径名，如通过 getcwd 函数获取。
proj_id 参数：
项目ID，可以是任意整数值，用于进一步标识 key。
返回值：
成功时返回生成的 key，失败时返回 -1。
4.3 shmat 函数 - 连接共享内存到进程地址空间
#include
#include
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
shmid 参数：
由 shmget 返回的共享内存标识符。
shmaddr 参数：
指定连接的地址，通常为 nullptr，表示由系统自动选择一个地址。
shmflg 参数：
用于设置对共享内存的读写权限，通常为0表示读写权限。
返回值：
成功时返回连接的共享内存地址，失败时返回 (void *)-1。
4.4 shmdt 函数 - 断开连接共享内存
#include
#include
int shmdt(const void *shmaddr);
shmaddr 参数：
由 shmat 返回的指针，代表要断开连接的共享内存。
返回值：
成功时返回 0，失败时返回 -1。
4.5 shmctl 函数 - 控制共享内存
#include
#include
#include
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
shmid 参数：
由 shmget 返回的共享内存标识符。
cmd 参数：
控制命令，有三个主要取值：
IPC_STAT：获取共享内存的状态信息。
IPC_SET：设置共享内存的状态信息。
IPC_RMID：删除共享内存。
buf 参数：
指向一个保存着共享内存的模式状态和访问权限的数据结构 struct shmid_ds，用于传递和获取共享内存的信息。通常设置为 nullptr。
返回值：
成功时返回 0，失败时返回 -1。
5. 共享内存的代码实现
关系：
processa.cpp 中创建并写入共享内存，然后删除共享内存。
processb.cpp 中获取共享内存，等待5秒后开始循环读取共享内存并输出。两者通过共享内存进行简单的进程间通信。
查看系统中当前存在的共享内存：
ipcs -m
这个命令会列出系统中当前存在的所有共享内存段的信息，包括内存段的ID（shmid）、大小、创建者、附加的进程数等。
删除系统中的某个共享内存：
ipcrm -m [shmid]
这个命令用于删除指定ID（shmid）的共享内存段。请确保在执行此命令之前，没有任何进程附加到该共享内存段，否则删除操作可能会失败。