Linux下的共享内存编程

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前面带小伙伴们学习了共享内存相关的内容，先简单介绍下共享内存，然后进行结构及函数的学习，最后撸代码使用一下这些函数使用一下共享内存，希望对大家有所帮助哈! 

 

1 共享内存的概念及使用过程

1)共享内存的概念

共享内存是IPC机制中的一种。

共享内存：即允许两个或多个进程共享一个给定的存储区。

2)共享内存的使用过程

① 进程1创建共享内存，接着映射共享内存。

② 进程2获取共享内存，映射共享内存。

③ 交互完成，进程1分离共享内存，进程2分离共享内存。

④ 进程1删除共享内存。

2 共享内存相关的结构及函数

0)共享内存相关的结构

内核为每个共享存储段维护着一个结构，该结构至少要为每个共享存储段包含以下成员。

struct shmid_ds  
{ 
     struct ipc_perm shm_perm;    // 操作权限  
     size_t          shm_segsz;   // 段的大小（以字节为单位）  
     time_t          shm_atime;   // 上一个进程附加到该段的时间  
     time_t          shm_dtime;   // 上一个进程分离开该段的时间 
     time_t          shm_ctime;   // 上一个进程修改该段的时间  
     pid_t           shm_cpid;    // 创建该段进程的PID  
     pid_t           shm_lpid;    // 上个shmat(2)/shmdt(2)的PID  
     shmatt_t        shm_nattch;  // 当前附加到该段的进程的个数  
     ... 
}; 

系统为每一个IPC对象保存一个ipc_perm结构体，该结构说明了IPC对象的权限和所有者，每一个版本的内核各有不用的ipc_perm结构成员。

struct ipc_perm  
{ 
     key_t          __key;    // 为 shmget(2) 调用提供的键值 
     uid_t          uid;      // 共享内存所有者的有效用户UID  
     gid_t          gid;      // 共享内存所有者所属组的有效组GID  
     uid_t          cuid;     // 共享内存创建者的有效用户UID  
     gid_t          cgid;     // 共享内存创建者所属组的有效组ID  
     unsigned short mode;     // 特权 + SHM_DEST 和SHM_LOCKED 标志  
     unsigned short __seq;    // 序列号 
}; 

1)shmget函数

shmget函数用于创建或者获取共享内存，并返回其描述符id。

① 函数原型。

int shmget(key_t key,size_t sizie,int shmflg) 

② 头文件。

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

③ 参数。

key:共享内存的键值。

size:共享内存的大小。

shmflg:打开标志，如果使用了IPC_CREAT，则会新创建一块共享内存。

④ 返回值。

成功：返回创建或者获取到的共享内存的描述符。

失败：-1。

2)shmat函数

shmat函数用于映射共享内存，即将进程连接到它的地址空间。

① 函数原型。

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

② 头文件。

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

③ 参数。

shmid:要映射的共享内存的描述符。

shmaddr:共享内存的地址。

shmflg:打开标志，如果使用了IPC_CREAT,则会新创建一块共享内存。

④ 返回值。

成功：返回创建或者获取到的共享内存的描述符。

失败：-1。

3)shmdt函数

shmdt函数用于分离共享内存，即操作完存储段后，用此函数可以将进程与此存储段脱离开，即断掉与共享内存的联系。

① 函数原型。

int shmdt(const void *shmaddr) 

② 头文件。

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

③ 参数。

shmaddr:要断开的共享内存的映射地址。

④ 返回值。

成功：0。

失败：-1。

4)shmctl函数

shmctl函数用于控制共享内存，通过参数可以对共享内存进行特定的操作。

① 函数原型。

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

② 头文件。

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

③ 参数。

shmid:要控制的共享内存的id。

cmd:决定执行什么样的控制操作，如IPC_RMID(表示删除)。

buf:获取linux中描述共享内存的shmid_ds结构。基本不使用。

cmd可去的参数如下，需要参照上面的结构shmid_ds和ipc_perm ：

IPC_STAT：取此段的shmid_ds结构，并将它存储在由buf指向的结构中。

IPC_SET：按buf指向的结构中的值设置与此共享存储段相关的shmid_ds结构中的下列3个字段：shmperm.uid、shm perm.gid和shmperm.mode。

此命令只能由下列两种进程执行：一种是其有效用户ID等于shm_perm.cuid或shmperm.uid的进程;另一种是具有超级用户特权的进程。

IPC_RMID：从系统中删除该共享存储段。

除非使用该段的最后一个进程终止或与该段分离，否则不会实际上删除该存储段。

不管此段是否仍在使用，该段标识符都会被立即删除，所以不能再用shmat与该段连接。

此命令只能由下列两种进程执行：一种是其有效用户ID等于shm_perm.cuid或shm_perm.uid的进程;另一种是具有超级用户特权的进程。

下面两个命令只能由超级用户执行：

SHM_LOCK：在内存中对共享存储段加锁。

SHM_UNLOCK：解锁共享存储段。

④ 返回值。

成功：根据不同的操作返回不同的值。

失败：-1。

3 实例代码

下面用两个进程，给大家演示下共享内存的使用过程。

实例代码如下，说明都在代码注释中了。

 

WriteMemory.c。

#include <sys/types.h> 
#include <sys/shm.h> 
#include <sys/ipc.h> 
#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <string.h> 
 
#define SIZE 1024                              // 可输入1K字符串 
 
 
struct SharedMemoryST 
{  
      int ReadWriteFlag;                       // 表明是谁放进去的 
      char CharData[SIZE];                     // 字符数组保存用户输入数据 
}; 
 
int main(int argc,char *argv[]) 
{ 
      int shmid; 
      int ReadStatusFlag = 1;                 // 内存中数据是否被读走，1未被读走 
      struct SharedMemoryST *shm;             // 共享内存结构变量 
      char buffer[SIZE]; 
  
      key_t key=ftok("/tmp",12);              // 创建共享内存的键值，如果提示创建失败（一般是没有quit引起的），可以修改读写进程的键值，都要改成同一数字 
 
      //1 创建共享内存 
      shmid = shmget(key,sizeof(struct SharedMemoryST),IPC_CREAT|IPC_EXCL|0777); 
      if(shmid == -1)                         // 如果创建失败 
      { 
           printf("\nCreating share memory fail!\n\n"); 
           exit(1); 
      } 
 
      //2 映射共享内存 
      shm = shmat(shmid,NULL,0);              // 内存id，映射的位置，映射的标志（此无特殊要求） 
 
 
      //3 查询写入的 
      while(ReadStatusFlag)                   // 循环检查写入共享内存的数据是否被读走，读走后退出循环 
      { 
           while(shm->ReadWriteFlag == 1) 
           { 
                sleep(1); 
                printf("\nWaiting read memory!\n"); 
           } 
   
           // 获取用户输入 
           printf("\nPlease input data or input 'quit' to exit!\n\n"); 
           fgets(buffer,SIZE,stdin);          // 参数：字符串的位置，长度，获取的方式位置 
   
           // 将用户输入的字符串放入共享内存 
           strncpy(shm->CharData,buffer,SIZE);// 参数：目的数据，源数据，数据大小 
   
           shm->ReadWriteFlag = 1; 
 
           if(strncmp(buffer,"quit",4) == 0)  // 最后一个参数为比较字符的数量 
           { 
                ReadStatusFlag = 0;           // 写入共享内存的数据已经被读走 
           } 
 
      } 
 
      //4 脱离共享存 
      shmdt((const void *)shm); 
 
      return 0;                
} 

ReadMemory.c。

#include <sys/types.h> 
#include <sys/shm.h> 
#include <sys/ipc.h> 
#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
#include <stdlib.h> 
 
#define SIZE 1024                        // 可输入1K字符串 
 
struct SharedMemoryST 
{ 
     int ReadWriteFlag;                  // 标明是读进程还是写进程放入了数据 
     char CharData[SIZE];                // 保存用户输入数据 
}; 
 
int main(int argc,char *argv[]) 
{ 
     int shmid; 
     int ReadStatusFlag = 1;            // 内存中数据是否被读走的标志位，1表示未被读走 
     struct SharedMemoryST *shm;        // 共享内存结构 
   
     key_t key=ftok("/tmp",12);         // 创建共享内存的键值，如果提示创建失败，修改一下数字即可,读写进程都要改成同一数字 
  
   
     //1 创建/获取共享内存 
     shmid = shmget(key,sizeof(struct SharedMemoryST),IPC_CREAT|0777);//分配大小为结构大小，1234是随便给的键值 
 
     //2 映射共享内存 
     shm = (struct SharedMemoryST *)shmat(shmid,NULL,0);              //内存id，映射的位置，映射的标志（此无特殊要求） 
 
     shm->ReadWriteFlag = 0; 
 
     //3 检查是否收到信息，收到quit退出 
     while(ReadStatusFlag) 
     { 
          //打印共享内存 
         if(shm->ReadWriteFlag == 1)    // 等于说明有相应的数据 
         {  
              printf("\nThe write context is: %s\n",shm->CharData); 
              shm->ReadWriteFlag = 0; 
       
              if(strncmp(shm->CharData,"quit",3) == 0) 
              { 
                    ReadStatusFlag = 0; // 结束查询，退出 
              } 
         } 
     } 
 
     //4 脱离共享内存 
     shmdt((const void *)shm); 
 
     //5 删除共享内存 
     shmctl(shmid,IPC_RMID,0); 
} 

写共享内存先创建共享内存,写入数据，读共享内存读取数据，通过标志查询方式，退出输入quit。

运行结果如下：

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