共享内存是进程间通信中最简单的方式之一。共享内存允许两个或多个进程进程共享同一块内存(这块内存会映射到各个进程自己独立的地址空间)从而使得这些进程可以相互通信。在GNU/Linux中所有的进程都有唯一的虚拟地址空间，而共享内存应用编程接口API允许一个进程使用公共内存区段。但是对内存的共享访问其复杂度也相应增加。共享内存的优点是简易性。
使用消息队列时，一个进程要向队列中写入消息，这要引起从用户地址空间向内核地址空间的一次复制，同样一个进程进行消息读取时也要进行一次复制。共享内存的优点是完全省去了这些操作。共享内存会映射到进程的虚拟地址空间，进程对其可以直接访问，避免了数据的复制过程。
因此，共享内存是GNU/Linux现在可用的最快速的IPC机制。进程退出时会自动和已经挂接的共享内存区段分离，但是仍建议当进程不再使用共享区段时调用shmdt来卸载区段。注意，当一个进程分支出父进程和子进程时，父进程先前创建的所有共享内存区段都会被子进程继承。
如果区段已经做了删除标记(在前面以IPC——RMID指令调用shmctl)，而当前挂接数已经变为0，这个区段就会被移除。
Linux下共享内存常用操作函数:
shmget( ) 创建一个新的共享内存区段
取得一个共享内存区段的描述符
shmctl( ) 取得一个共享内存区段的信息
为一个共享内存区段设置特定的信息
移除一个共享内存区段
shmat( ) 挂接一个共享内存区段
shmdt( ) 于一个共享内存区段的分离
创建一个共享内存区段，并显示其相关信息，然后删除该内存共享区:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h> //getpagesize( )
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define MY_SHM_ID 67483
int main( )
{
//获得系统中页面的大小
printf( "page size=%d/n",getpagesize( ) );
//创建一个共享内存区段
int shmid,ret;
shmid=shmget( MY_SHM_ID,4096,0666|IPC_CREAT );
//创建了一个4KB大小共享内存区段。指定的大小必须是当前系统架构
//中页面大小的整数倍
if( shmid>0 )
printf( "Create a shared memory segment %d/n",shmid );
//获得一个内存区段的信息
struct shmid_ds shmds;
//shmid=shmget( MY_SHM_ID,0,0 );//示例怎样获得一个共享内存的标识符
ret=shmctl( shmid,IPC_STAT,&shmds );
if( ret==0 )
{
printf( "Size of memory segment is %d/n",shmds.shm_segsz );
printf( "Numbre of attaches %d/n",( int )shmds.shm_nattch );
}
else
{
printf( "shmctl( ) call failed/n" );
}
//删除该共享内存区
ret=shmctl( shmid,IPC_RMID,0 );
if( ret==0 )
printf( "Shared memory removed /n" );
else
printf( "Shared memory remove failed /n" );
return 0;
}
共享内存区段的挂载,脱离和使用,理解共享内存区段就是一块大内存:
#include <stdio.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <errno.h>
#define MY_SHM_ID 67483
int main( )
{
//共享内存区段的挂载和脱离
int shmid,ret;
void* mem;
shmid=shmget( MY_SHM_ID,0,0 );
if( shmid>=0 )
{
mem=shmat( shmid,( const void* )0,0 );
//shmat()返回进程地址空间中指向区段的指针
if( ( int )mem!=-1 )
{
printf( "Shared memory was attached in our address space at %p/n",mem );
//向共享区段内存写入数据
strcpy( ( char* )mem,"This is a test string./n" );
printf( "%s/n",(char*)mem );
//脱离共享内存区段
ret=shmdt( mem );
if( ret==0 )
printf( "Successfully detached memory /n" );
else
printf( "Memory detached failed %d/n",errno );
}
else
printf( "shmat( ) failed/n" );
}
else
printf( "shared memory segment not found/n" );
return 0;
}
内存共享区段与旗语和消息队列不同，一个区段可以被锁定。被锁定的区段不允许被交换出内存。这样做的优势在于，与其把内存区段交换到文件系统，在某个应用程序调用时再交换回内存，不如让它一直处于内存中，且对多个应用程序可见。从提升性能的角度来看，很重要的。
#include <stdio.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#define MY_SHM_ID 34325
#define MY_SEM_ID 23234
#define MAX_STRING 200
typedef struct
{
int semID;
int counter;
char string[ MAX_STRING+1 ];
}MY_BLOCK_T;
int main(int argc,char** argv)
{
int shmid,ret,i;
MY_BLOCK_T* block;
struct sembuf sb;
char user;
//make sure there is a command
if( argc>=2 )
{
//create the shared memory segment and init it
//with the semaphore
if( !strncmp(argv[ 1 ],"create",6) )
{
//create the shared memory segment and semaphore
printf( "Creating the shared memory/n" );
shmid=shmget( MY_SHM_ID,sizeof( MY_BLOCK_T ),( IPC_CREAT|0666 ) );
block=( MY_BLOCK_T* )shmat( shmid,( const void* )0,0 );
block->counter=0;
//create the semaphore and init
block->semID=semget(MY_SEM_ID,1,( IPC_CREAT|0666 ));
sb.sem_num=0;
sb.sem_op=1;
sb.sem_flg=0;
semop( block->semID,&sb,1 );
//now detach the segment
shmdt( ( void* )block );
printf( "Create the shared memory and semaphore successuflly/n" );
}
else if( !strncmp(argv[ 1 ],"use",3) )
{
/*use the segment*/
//must specify also a letter to write to the buffer
if( argc<3 ) exit( -1 );
user=( char )argv[ 2 ][ 0 ];
//grab the segment
shmid=shmget( MY_SHM_ID,0,0 );
block=( MY_BLOCK_T* )shmat( shmid,( const void* )0,0 );
/*##########重点就是使用旗语对共享区的访问###########*/
for( i=0;i<100;++i )
{
sleep( 1 ); //设置成1s就会看到 a/b交替出现，为0则a和b连续出现
//grab the semaphore
sb.sem_num=0;
sb.sem_op=-1;
sb.sem_flg=0;
if( semop( block->semID,&sb,1 )!=-1 )
{
//write the letter to the segment buffer
//this is our CRITICAL SECTION
block->string[ block->counter++ ]=user;
sb.sem_num=0;
sb.sem_op=1;
sb.sem_flg=0;
if( semop( block->semID,&sb,1 )==-1 )
printf( "Failed to release the semaphore/n" );
}
else
printf( "Failed to acquire the semaphore/n" );
}
//do some clear work
ret=shmdt(( void*)block);
}
else if( !strncmp(argv[ 1 ],"read",4) )
{
//here we will read the buffer in the shared segment
shmid=shmget( MY_SHM_ID,0,0 );
if( shmid!=-1 )
{
block=( MY_BLOCK_T* )shmat( shmid,( const void* )0,0 );
block->string[ block->counter+1 ]=0;
printf( "%s/n",block->string );
printf( "Length=%d/n",block->counter );
ret=shmdt( ( void*)block );
}
else
printf( "Unable to read segment/n" );
}
else if( !strncmp(argv[ 1 ],"remove",6) )
{
shmid=shmget( MY_SHM_ID,0,0 );
if( shmid>=0 )
{
block=( MY_BLOCK_T* )shmat( shmid,( const void* )0,0 );
//remove the semaphore
ret=semctl( block->semID,0,IPC_RMID );
if( ret==0 )
printf( "Successfully remove the semaphore /n" );
//remove the shared segment
ret=shmctl( shmid,IPC_RMID,0 );
if( ret==0 )
printf( "Successfully remove the segment /n" );
}
}
else
printf( "Unkonw command/n" );
}
return 0;
}
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本文标题:Linux 共享内存介绍及实现代码
