共享内存

共享内存主要用于实现进程间大量数据传输。

共享内存的数据结构定义:

系统对共享内存的限制:

共享内存与管道的对比:

可以看到,共享内存的优势:

1.共享内存只需复制2次,而管道需要4次

2.共享内存不需要切换内核态与用户态,而管道需要。

共享内存效率高!

int shmget (key_t __key, size_t __size, int __shmflg) :创建共享内存

第一个参数:key值

第二个参数:欲创建的共享内存段的大小(字节)

第三个参数:shmflg创建标识,包括IPC_CREAT, IPC_EXCL, IPC_NOWAIT, SHM_R(可读), SHM_W(可写)

int shmctl (int __shmid, int __cmd, struct shmid_ds *__buf) :共享内存控制

第一个参数:要操作的共享内存标识符

第二个参数:要执行的操作,IPC_RMID, iPC_SET, IPC_STAT, IPC_INFO, 超级用户还有 SHM_LOCK(锁定共享内存段), SHM_UNLOCK(解锁共享内存段)

第三个参数:临时共享内存变量信息

void *shmat (int __shmid, __const void * __shmaddr, int __shmflg) : 挂载共享内存到当前进程,返回共享内存首地址

第一个参数:要操作的共享内存标识符

第二个参数:指定共享内存映射地址,如果是0,系统选择。

第三个参数:指定共享内存段的访问权限和映射条件,0表示可读可写

int shmdt (__const void *__shmaddr) :把共享内存与当前进程分离,参数为共享内存映射地址

测试,在只读共享内存中写信息:

#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
#include<errno.h> int main(int argc, char * argv[])
{
key_t key;
int shm_id;
char *ptr;
key = ftok("/", );
shm_id = shmget(key, , IPC_CREAT|SHM_R); //创建shm
printf("get the shm id is %d\n", shm_id); //打印id
if((ptr = (char *)shmat(shm_id, NULL, SHM_RDONLY)) == NULL) //只读方式挂载
{
if(shmctl(shm_id, IPC_RMID, NULL) == -) //如果失败则删除
perror("Failed to remove memory segment");
exit(EXIT_FAILURE);
}
//打印挂载地址
printf("the attach add is %p\n", ptr);
printf("now try to write the memory\n");
*ptr = 'd';
printf("*ptr =%c\n", *ptr);
shmdt(ptr);
shmctl(shm_id, IPC_RMID, );
}

发生段错误:

父子进程间对共享内存的约定:

  • fork()的子进程继承父进程挂载的共享内存。
  • 调用exec执行新程序,则共享内存被自动卸载。
  • 如果调用了exit(),挂载的共享内存与当前进程脱离关系。

下面是一个应用的例子

实现两个没有亲缘关系进程的通信,一个负责写,另一个负责接收。用信号量实现同步,即写的时候不可读,读的时候不可写。用一元信号量实现,0表示可写,1表示可读

注意:在代码实现中,实际上是读写轮流操作的,即写一次,读一次。并没有达到真正多进程的效果。

代码经验证,可以使用

发送端代码:

#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
#include<sys/sem.h>
#include<errno.h> int main(int argc, char *argv[])
{
int running = ;
int shid;
int semid;
int value;
void *sharem = NULL;
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = ;
sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
//创建信号量
if((semid = semget((key_t), , |IPC_CREAT)) == -)
{
perror("semget");
exit(EXIT_FAILURE);
}
//初始化信号量为0
if(semctl(semid,,SETVAL,) == -)
{
printf("sem init error");
if(semctl(semid, , IPC_RMID, ) != )
{
perror("semctl");
exit(EXIT_FAILURE);
}
exit(EXIT_FAILURE);
}
//创建共享内存
shid = shmget((key_t), (size_t), |IPC_CREAT); //创建共享内存
if(shid == -)
{
perror("shmget");
exit(EXIT_FAILURE);
}
//挂载共享内存到当前进程
sharem = shmat(shid, NULL, );
if(sharem == NULL)
{
perror("shmat");
exit(EXIT_FAILURE);
}
while(running)
{
//测试信号量值,如果为0则可写
if((value = semctl(semid, , GETVAL)) == )
{
printf("write data operate\n");
printf("please input something:");
scanf("%s", sharem);
sem_b.sem_op = ;
//执行信号量加1操作,允许读
if(semop(semid, &sem_b, ) == -)
{
fprintf(stderr, "semaphore_p failed\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
//比较是否是结束符号
if(strcmp(sharem, "end") == )
running--;
}
shmdt(sharem);
return ;
}

接收端代码:

#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
#include<sys/sem.h>
#include<errno.h> int main(int argc, char *argv[])
{
int running = ;
int shid;
int semid;
int value;
void *sharem = NULL;
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = ;
sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
//创建信号量
if((semid = semget((key_t), , |IPC_CREAT)) == -)
{
perror("semget");
exit(EXIT_FAILURE);
}
//创建共享内存
shid = shmget((key_t), (size_t), |IPC_CREAT); //创建共享内存
if(shid == -)
{
perror("shmget");
exit(EXIT_FAILURE);
}
//挂载共享内存到当前进程
sharem = shmat(shid, NULL, );
if(sharem == NULL)
{
perror("shmat");
exit(EXIT_FAILURE);
}
while(running)
{
//测试信号量值,如果为1则可读
if((value = semctl(semid, , GETVAL)) == )
{
printf("read data operate\n");
sem_b.sem_op = -;
//执行信号量减1操作,允许写
if(semop(semid, &sem_b, ) == -)
{
fprintf(stderr, "semaphore_p failed\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("%s\n", sharem);
}
//比较是否是结束符号
if(strcmp(sharem, "end") == )
running--;
}
shmdt(sharem);
//删除共享内存
if(shmctl(shid, IPC_RMID, ) != )
{
perror("shmctl");
exit(EXIT_FAILURE);
}
//删除信号量
if(semctl(semid, , IPC_RMID, ) != )
{
perror("semctl");
exit(EXIT_FAILURE);
}
return ;
}

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