Linux進(jìn)程間通信(下)之共享內(nèi)存實(shí)踐

上節(jié)和上上節(jié)我們分享了Linux進(jìn)程間通信的管道、消息隊(duì)列、信號(hào)以及信號(hào)量的基本原理和實(shí)踐，文章如下：

Linux進(jìn)程間通信(上)之管道、消息隊(duì)列實(shí)踐

Linux進(jìn)程間通信(中)之信號(hào)、信號(hào)量實(shí)踐

這節(jié)我們就來(lái)分享一下Linux的最后一種進(jìn)程間通信的方式：共享內(nèi)存。

1、什么是共享內(nèi)存

共享內(nèi)存就是兩個(gè)不相關(guān)的進(jìn)程之間可以直接訪問(wèn)同一段內(nèi)存，共享內(nèi)存在兩個(gè)正在運(yùn)行的進(jìn)程之間共享和傳遞數(shù)據(jù)起到了非常有效的方式。在不同的進(jìn)程之間共享的內(nèi)存通常安排為同一段物理內(nèi)存，進(jìn)程可以將同一段共享內(nèi)存連接到它們自己的地址空間中，所有進(jìn)程都可以直接訪問(wèn)共享內(nèi)存中的地址。而如果某個(gè)進(jìn)程向共享內(nèi)存寫(xiě)入數(shù)據(jù)，所做的改動(dòng)將立即影響到可以訪問(wèn)同一段共享內(nèi)存的任何其他進(jìn)程；其實(shí)就是映射一段能夠被其它內(nèi)存所訪問(wèn)到的內(nèi)存，這段內(nèi)存由一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建，但是多個(gè)進(jìn)程都可以去訪問(wèn)。共享內(nèi)存是最快的IPC方式，它是通過(guò)其它通信方式的效率不足而專門設(shè)計(jì)的。往往都是和其它通信機(jī)制配合使用，來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步和通信。

共享內(nèi)存的使用和信號(hào)量其實(shí)也是差不多的，都是使用接口的形式，共享內(nèi)存的接口比信號(hào)量的接口更加的簡(jiǎn)單，我們一起去了解下共享內(nèi)存的使用。

共享內(nèi)存函數(shù)由shmget、shmat、shmdt、shmctl四個(gè)函數(shù)組成。我們下面來(lái)分析每一個(gè)函數(shù)的用法。

1.1、創(chuàng)建共享內(nèi)存

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

第一個(gè)參數(shù)是共享內(nèi)存段的命名，shmget成功時(shí)返回一個(gè)關(guān)于key相關(guān)的標(biāo)識(shí)符，用于后續(xù)的共享內(nèi)存函數(shù)。當(dāng)調(diào)用失敗返回-1。其它進(jìn)程也可以通過(guò)shmget函數(shù)返回值訪問(wèn)同一個(gè)共享內(nèi)存。第二個(gè)參數(shù)是指定共享內(nèi)存的容量；第三個(gè)shmflg是一個(gè)權(quán)限標(biāo)志，它的作用和open和mode函數(shù)都是相同的，當(dāng)共享內(nèi)存不存在的時(shí)候則通過(guò)IPC_CREAT來(lái)創(chuàng)建。共享內(nèi)存的權(quán)限標(biāo)準(zhǔn)和文件讀寫(xiě)的權(quán)限一樣。

1.2、啟動(dòng)對(duì)共享內(nèi)存的訪問(wèn)

void *shmat(int shm_id, const void *shm_addr, int shmflg);

當(dāng)我們第一次創(chuàng)建完共享內(nèi)存時(shí)，它還不能被任何進(jìn)程訪問(wèn)，shmat函數(shù)就是用來(lái)啟動(dòng)對(duì)共享內(nèi)存的訪問(wèn)，并把共享內(nèi)存連接到當(dāng)前進(jìn)程的地址空間。

shm_id是由shmget函數(shù)返回的共享內(nèi)存標(biāo)識(shí)；shm_addr指定共享內(nèi)存連接到當(dāng)前進(jìn)程中的地址位置，通常為空，表示讓系統(tǒng)來(lái)選擇共享內(nèi)存的地址。最后一個(gè)參數(shù)是標(biāo)志位通常都是0。調(diào)用成功時(shí)返回一個(gè)指向共享內(nèi)存第一個(gè)字節(jié)的指針，如果調(diào)用失敗返回-1。

1.3、共享內(nèi)存從當(dāng)前內(nèi)存中分離

int shmdt(const void *shmaddr);

這個(gè)函數(shù)只是從共享內(nèi)存中分離而不是刪除，這一點(diǎn)要分清楚，對(duì)于初學(xué)者而言這里很容易掉坑，使共享內(nèi)存在當(dāng)前進(jìn)程中不可再用。

參數(shù)shmaddr是shmat函數(shù)返回的地址指針，調(diào)用成功時(shí)返回0，失敗時(shí)返回-1。

1.4、控制共享內(nèi)存

int shmctl(int shm_id, int command, struct shmid_ds *buf);

第一個(gè)參數(shù)是shaget函數(shù)返回的共享內(nèi)存標(biāo)識(shí)符；command參數(shù)是要采取的操作，它由 IPC_STAT、IPC_SET和IPC_RMID組成，分別IPC_STAT代表把shmid_ds結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)設(shè)置為共享內(nèi)存的當(dāng)前關(guān)聯(lián)值，即用共享內(nèi)存的當(dāng)前關(guān)聯(lián)值覆蓋shmid_ds的值；IPC_SET代表如果進(jìn)程有足夠的權(quán)限，就可以把共享內(nèi)存的當(dāng)前關(guān)聯(lián)值設(shè)置為shmid_ds結(jié)構(gòu)中給出的值；IPC_RMID代表刪除共享內(nèi)存段。第三個(gè)參數(shù)buf代表一個(gè)結(jié)構(gòu)指針，它指向共享內(nèi)存的模式或訪問(wèn)權(quán)限的結(jié)構(gòu)。

shmid_ds結(jié)構(gòu)至少包括以下成員：

struct shmid_ds  
{  
  uid_t shm_perm.uid;
  uid_t shm_perm.gid;
  mode_t shm_perm.mode;
};

2、共享內(nèi)存案例

shm_snd.c

#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define SHM_SIZE 1024

int main()
{
        int shmid;
        char *shmptr;   
        //創(chuàng)建共享內(nèi)存
        shmid = shmget(0x66, SHM_SIZE, IPC_CREAT|0666);
        //創(chuàng)建失敗
        if(shmid < 0)
        {               
            perror("shmget");
            return -1 ;
        }
        //對(duì)共享內(nèi)存的訪問(wèn)
        shmptr = shmat(shmid, 0, 0);
         if (shmptr == (void *)-1)
        {
            perror("shmat");
            return -2 ;
        }
        // 往共享內(nèi)存寫(xiě)數(shù)據(jù)
        strcpy(shmptr, "shmat write ok");
        shmdt(shmptr);
        return 0 ;
}

shm_rcv.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define SHM_SIZE 1024

int main()
{
    int shmid;
    char *shmptr;
    shmid = shmget(0x66, SHM_SIZE, IPC_CREAT|0666);
    if(shmid < 0)
    {
        perror("shmget");
        return -1 ;
    }
    shmptr = shmat(shmid, 0, 0);
    if (shmptr == (void *)-1)
    {
        perror("shmat");
        return -2 ;
    }
    // 從共享內(nèi)存讀數(shù)據(jù)
    printf("read:%s\n", shmptr);
    shmdt(shmptr);
    return 0 ;
}

運(yùn)行結(jié)果：

先分別編譯shm_snd.c和shmrcv.c這兩個(gè)程序，生成shmrcv和shmsnd這兩個(gè)可執(zhí)行程序。

接下來(lái)，首先執(zhí)行shmsnd，會(huì)得到以下結(jié)果:

什么都沒(méi)有？共享內(nèi)存創(chuàng)建成功了嗎？當(dāng)然是成功了，可以通過(guò)ipcs –m命令查看：

如圖上圖所示，nattch項(xiàng)下的數(shù)字為0那個(gè)就是剛剛使用shmsnd這個(gè)可執(zhí)行程序創(chuàng)建的一段共享內(nèi)存。當(dāng)然，我們還往共享內(nèi)存發(fā)了shmat write ok這個(gè)字符串，下面運(yùn)行shmrcv這個(gè)程序，看看是否能把寫(xiě)進(jìn)共享內(nèi)存的數(shù)據(jù)讀出來(lái)。

成功讀出。同樣的，也可以刪除共享內(nèi)存，如何刪除？也一樣有兩種方法。

(1)使用ipcrm –m shmid可以刪除共享內(nèi)存

如上圖，我們已經(jīng)知道0x66的shmid為1835021，所以只要執(zhí)行ipcrm –m 1835021命令即可刪除，如下圖所示，成功刪除。

(2)使用shmctl 函數(shù)寫(xiě)入IPC_RMID指令刪除共享內(nèi)存

shmrm.c

#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int main(void)
{
        int shmid ;
        //同樣，首先先打開(kāi)共享內(nèi)存
        shmid = shmget(0x66 , 0 , 0);
        if(-1 == shmid)
        {
                perror("open  shmkey 0x66 fail");
                return -1 ;
        }
        //成功的話，向shmctl寫(xiě)入?yún)?shù)，IPC_RMID表示立刻刪除，后面的參數(shù)被忽略，為0
        int ret ;
        //寫(xiě)入的是參數(shù)
        ret = shmctl(shmid , IPC_RMID , NULL);
        if(ret < 0)
        {
                perror("remove shm fail");
                return -2 ;
        }
        printf("remove key:%d success ... \n" , 0x66);
        return 0 ;
}

運(yùn)行結(jié)果:

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