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共享内存详解

news 2024/9/23 16:50:25

共享内存

共享内存是一种允许多个进程或线程访问同一块内存区域的机制，它是最快的可用进程间通信（IPC）形式之一。

共享内存的特点

快速性：由于多个进程或线程直接访问同一块内存区域，因此数据交换和通信的速度非常快，远超过其他IPC机制（如命名管道、消息队列等）。
高效性：共享内存减少了数据的冗余拷贝，降低了内存消耗，提高了系统的整体效率。
灵活性：共享内存可以与其他通信机制（如信号量）结合使用，以实现进程间的同步和互斥，从而满足复杂的通信需求。

shmget函数

功能：用于创建贡献内存（如果创建成功，一定是一个新的共享内存）

参数：

key：这个共享内存的名字（共享内存在内核中的唯一性标识）
size：这个共享内存大小
shmflg：有九个权限标志构成，它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样

IPC_CREAT：如果存在,直接获取它。如果不存在，就创建它

IPC_CREAT | IPC_EXCL 如果不存在创建它。如果存在，出错返回

返回值： 成功返回一个非负整数，即该共享内存的标识码，失败返回-1。

ftok函数

功能：ftok函数是一个在Unix和Linux系统中广泛使用的函数，用于生成一个唯一的键（key），这个键通常用于IPC（进程间通信）机制，如消息队列、信号量或共享内存。ftok的名字来源于“file to key”的缩写，意味着它可以根据文件生成一个键。

参数：

pathname：指向文件路径的指针，这个文件通常是项目中的一个已知文件。这个路径不需要指向一个实际存在的文件，但必须是唯一的，以便在不同的项目或实例中生成不同的键。
proj_id：一个8位（1字节）的整数，通常用于进一步区分同一路径下的不同键。

返回值：如果成功，ftok函数返回一个唯一的键（key_t类型）。如果失败，返回-1，并设置errno以指示错误。

shmat函数

功能：将共享内存连接到进程地址空间中

参数：

shmid：共享内存的标识
shamaddr：指定连接的地址
shmflg：它的两个可能取值是SHM_RND和SHM_RDONLY

shmaddr为NULL，内核自动选择一个地址

shmaddr不为NULL而且shmflg无SHM_RND标识，则以shmaddr为连接地址

shmaddr不为NULL而且shmflg设置SHM_RND标识，则连接地址会自动向下调整为SHMLBA的整数倍。(shmaddr-(shmaddr%SHMLBA))

shmflg=SHM_RDONLY，表示连接操作用来只读共享内存

返回值：成功返回一个指针，指向共享内存的第一节，失败返回-1。

shmdt函数

功能：将共享内存和当前线程脱离

参数：

shmaddr：之前调用shmat返回的指针

返回值：成功返回0，失败返回-1

一个进程打开文件，进程退出时，这个被打开的文件就会被系统自动释放掉（文件的生命周期随进程）

共享内存被创建，如果进程结束，我们没有主动释放，则内存会一直存在，除非重启系统(共享内存生命周期随内核)

shmctl函数

功能：用于控制共享内存

参数：

shmid：由shmget返回的共享内存标识码
cmd：将要采取的动作（有三个取值）
buf：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

返回值：成功返回0，失败返回-1

代码实操

comm.cc#pragma once#include <stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
#include <unistd.h>#define PATHNAME "."
#define PROJ_ID 0x6666

client.cc
#include"comm.h"int main()
{key_t key = ftok(PATHNAME,PROJ_ID);if(key<0){perror("ftok error");return(-1);}int shmid = shmget(key,4096,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);if(shmid<0){perror("shmget error");return(-2);}char* addr = (char*)shmat(shmid,nullptr,0);sleep(1);for(int i=0;i<26;i++){addr[i] = 'A' + i;addr[i+1] = '\0';sleep(1);}shmdt(addr);int n = shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);if(n<0){perror("shmctl error");return(-3);}return 0;
}

server.cc
#include"comm.h"int main()
{key_t key = ftok(PATHNAME,PROJ_ID);if(key<0){perror("ftok error");return(-1);}int shmid = shmget(key,4096,IPC_CREAT);if(shmid<0){perror("shmget error");return(-2);}char* addr = (char*)shmat(shmid,nullptr,0);sleep(1);for(int i=0;i<26;i++){printf("read#: %s\n",addr);sleep(1);}shmdt(addr);int n = shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);if(n<0){perror("shmctl error");return(-3);}return 0;
}