IPC---共享内存

　　共享内存就是允许两个或多个不相关的进程访问同一个逻辑内存。共享内存是在两个正在运行的进程之间共享和传递数据时，不需要在客户进程和服务器进程之间幅值，因此是最快的一种IPC。不同进程之间共享的内存通常安排为同一段物理内存。进程可以将同一段共享内存连接到它们自己的地址空间中，所有进程都可以访问共享内存中的地址，就好像它们是由用C语言函数malloc分配的内存一样。而如果某个进程向共享内存写入数据，所做的改动将立即影响到可以访问同一段共享内存的任何其他进程。

 

注意：共享内存并未提供同步机制，也就是说，在第一个进程结束对共享内存的写操作之前，并无自动机制可以阻止第二个进程开始对它进行读取。所以我们通常需要用其他的机制来同步对共享内存的访问，例如前面说到的信号量。

 

接口函数

1、shmget函数

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

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

　　第一个参数，与信号量的semget函数一样，程序需要提供一个参数key（非0整数），它有效地为共享内存段命名，shmget函数成功时返回一个与key相关的共享内存标识符（非负整数），用于后续的共享内存函数。调用失败返回-1.

 

不相关的进程可以通过该函数的返回值访问同一共享内存，它代表程序可能要使用的某个资源，程序对所有共享内存的访问都是间接的，程序先通过调用shmget函数并提供一个键，再由系统生成一个相应的共享内存标识符（shmget函数的返回值），只有shmget函数才直接使用信号量键，所有其他的信号量函数使用由semget函数返回的信号量标识符。

 

第二个参数，size以字节为单位指定需要共享的内存容量

 

第三个参数，shmflg是权限标志，它的作用与open函数的mode参数一样，如果要想在key标识的共享内存不存在时，创建它的话，可以与IPC_CREAT做或操作。共享内存的权限标志与文件的读写权限一样，举例来说，0644,它表示允许一个进程创建的共享内存被内存创建者所拥有的进程向共享内存读取和写入数据，同时其他用户创建的进程只能读取共享内存。

 

2、shmat函数

 #include <sys/types.h>
 #include <sys/shm.h>

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

　　第一次创建完共享内存时，它还不能被任何进程访问，shmat函数的作用就是用来启动对该共享内存的访问，并把共享内存连接到当前进程的地址空间。

第一个参数，shm_id是由shmget函数返回的共享内存标识。

第二个参数，shm_addr指定共享内存连接到当前进程中的起始地址位置

　　　　　　共享内存段链接到哪个地址与shmaddr参数以及在shmflag中是否指定SHM_RND位有关

　　　　　　如果shmaddr为0，则此段连接到由内核选择的第一个可用地址上

　　　　　　如果shmaddr非0，并且没有指定SHM_RND，则链接到shmaddr所指定的地址上

　　　　　　如果shmaddr非0，且指定了SHM_RND,则链接的地址自动向下调整为SHMLBA的整数倍，公式为：（shmaddr-shmaddr% SHMLBA）

　　　　　　通常shmaddr为0，表示让系统来选择共享内存的地址。

第三个参数，shm_flg是一组标志位，通常为0。

调用成功时返回一个指向共享内存第一个字节的指针，如果调用失败返回-1.

 

 3、shmdt函数

#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>

int shmdt(const void *shmaddr);

　　该函数用于将共享内存从当前进程中分离。注意：将共享内存分离并不是删除它，只是使该共享内存对当前进程不再可用。

 参数shmaddr是shmat函数返回的地址指针

 调用成功时返回0，失败时返回-1.

 

4、shmctl函数

 #include <sys/ipc.h>
 #include <sys/shm.h>

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

　　与信号量的semctl函数一样，用来控制共享内存

第一个参数，shm_id是shmget函数返回的共享内存标识符。

 

第二个参数，command是要采取的操作，它可以取下面的三个值 ：

    IPC_STAT：把shmid_ds结构中的数据设置为共享内存的当前关联值，即用共享内存的当前关联值覆盖shmid_ds的值。

    IPC_SET：如果进程有足够的权限，就把共享内存的当前关联值设置为shmid_ds结构中给出的值

    IPC_RMID：删除共享内存段

 

第三个参数，buf是一个结构指针，它指向共享内存模式和访问权限的结构。

shmid_ds结构至少包括以下成员：

 struct shmid_ds {
               struct ipc_perm shm_perm;    /* Ownership and permissions */
               size_t          shm_segsz;   /* Size of segment (bytes) */
               time_t          shm_atime;   /* Last attach time */
               time_t          shm_dtime;   /* Last detach time */
               time_t          shm_ctime;   /* Last change time */
               pid_t           shm_cpid;    /* PID of creator */
               pid_t           shm_lpid;    /* PID of last shmat(2)/shmdt(2) */
               shmatt_t        shm_nattch;  /* No. of current attaches */
               ...
           };

　　

示例

memory_write.c为创建共享内存并向里面写入由中断输入得数据，memory_read.c为读取共享内存中的内容。两个程序运行在两个不相关的进程中，为了保证两个进程间的读写同步，设置了WR_RD标记。

memory_write.c的程序如下

 #include <stdio.h>
 #include <sys/ipc.h>
 #include <sys/shm.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <string.h>

#define MAX_SIZE   2048
#define BUF_SIZE   2047

#define ERR_EXIT(m) \
	do  \
	{   \
		perror(m);   \
		exit(EXIT_FAILURE);  \
	}while(0)

struct share_memory
{
	int  WR_RD;          //非0表示可写，0表示可读
	char text[MAX_SIZE];
};

int main()
{
	int shmid;
	char buffer[BUF_SIZE+1];   //用于保存输入的文本
	shmid = shmget(1234,sizeof(struct share_memory),0666 | IPC_CREAT);    //创建共享内存
	if(shmid==-1)
	    ERR_EXIT("shmget failed\n");

	struct share_memory *sh_mem;
	void *sh=NULL;
	sh = shmat(shmid,0,0);     //将共享内存连接到当前进程的地址空间
	if(sh ==(void *)-1)
		ERR_EXIT("shmat failed\n");
	else
		printf("Memory attached at9 %x\n",(int)sh);   

	sh_mem=(struct share_memory *)sh;
	sh_mem->WR_RD=1;   // 置为可写
	int flag=1;

	while(1)
	{
		while(!sh_mem->WR_RD)     //共享内存为可读，表示内存里的数据还未被读取，不能写，此时堵塞
		{
			if(flag)
			{
				printf("memory is not empty,waiting.....\n");
				flag=0;
			}

			sleep(1);
		}

		flag=1;
		/*向共享内存写入数据*/
		printf("Enter some text(Enter 'end' to quit): \n");
		fgets(buffer,BUF_SIZE,stdin);
		strncpy(sh_mem->text,buffer,sizeof(buffer));

		sh_mem->WR_RD=0;    //写完数据之后设置共享内存可读

		if(strncmp(buffer,"end",3)==0)
			break;                //输入end结束循环

	}

	if(shmdt(sh)==-1)
		ERR_EXIT("shmdt failed\n");    //将共享内存从当前进程分离

	sleep(2);
	return 0;

}

　　

memory_read.c的程序如下

 #include <stdio.h>
 #include <sys/ipc.h>
 #include <sys/shm.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <sys/types.h>
 #include <unistd.h>

#define MAX_SIZE   2048

#define ERR_EXIT(m) \
	do  \
	{   \
		perror(m);   \
		exit(EXIT_FAILURE);  \
	}while(0)

struct share_memory
{
	int  WR_RD;          //非0表示可写，0表示可读
	char text[MAX_SIZE];
};

int main()
{
	int shmid;     

	srand(getpid());

	shmid = shmget(1234,sizeof(struct share_memory),0666 | IPC_CREAT);    //创建共享内存
	if(shmid==-1)
	    ERR_EXIT("shmget failed\n");

	struct share_memory *sh_mem;
	void *sh=NULL;
	sh = shmat(shmid,0,0);     //将共享内存连接到当前进程的地址空间
	if(sh ==(void *)-1)
		ERR_EXIT("shmat failed\n");
	else
		printf("Memory attached at %x\n",(int)sh);   

	sh_mem=(struct share_memory*)sh;
	//sh_mem->WR_RD=ture;   // 置为可写

	while(1)

		if(!sh_mem->WR_RD)     //共享内存为可读，从共享内存读取数据
		{
			printf("your wrote: %s", sh_mem->text);
			sleep(rand()%3);
			sh_mem->WR_RD=1;    //读完数据之后设置共享内存可写

			if(strncmp(sh_mem->text,"end",3)==0)
				break;                //输入end结束循环
		}
		else           //表示内存为空，不能读，此时堵塞
		{
			//printf("memory is empty,waiting.....\n");
			sleep(1);
		}

	if(shmdt(sh)==-1)
		ERR_EXIT("shmdt failed\n");    //将共享内存从当前进程分离

	if(shmctl(shmid,IPC_RMID,0)==-1)
		ERR_EXIT("shmctl failed\n");

	return 0;

}

　　

使用共享内存的优缺点

 

1、优点：我们可以看到使用共享内存进行进程间的通信真的是非常方便，而且函数的接口也简单，数据的共享还使进程间的数据不用传送，而是直接访问内存，也加快了程序的效率。同时，它也不像匿名管道那样要求通信的进程有一定的父子关系。

 

2、缺点：共享内存没有提供同步的机制，这使得我们在使用共享内存进行进程间通信时，往往要借助其他的手段来进行进程间的同步工作。

 

 参考：

Linux进程间通信——使用共享内存       http://blog.csdn.net/ljianhui/article/details/10253345

 

Linux共享内存使用常见陷阱与分析      http://os.51cto.com/art/201311/418977_all.htm