进程之间使用共享内存通信

共享内存

共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。

但是它并未提供同步机制，即在某一个进程结束对共享内存的写操作之前，并不能可以阻止第二个进程开始对它进行读取，因此我们需要人为阻止通过其他机制进行同步。

shmget()函数

用于得到一个共享内存标识符或创建一个共享内存。

函数原型：

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

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参数	说明
key	标识共享内存的键值，shmget()函数成功时返回一个与key相关的共享内存标识符（非负整数），用于后续的共享内存函数。调用失败返回-1.
size	指明共享内存的大小，以字节为单位
shmflg	权限标志IPC_CREAT 如果共享内存不存在，则创建一个共享内存，否则打开操作。 IPC_EXCL 只有在共享内存不存在的时候，新的共享内存才建立，否则就产生错误。

shmat()函数

第一次创建完共享内存后，它还不能被任何进程访问，shmat()函数的作用就是用来启动对该共享内存的访问，并把共享内存连接到当前进程的地址空间。

原型：

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

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参数	说明
shmid	共享存储的id，如shmget()函数的返回值
shmaddr	指定共享内存连接到当前进程中的地址位置，一般为0，表示让内核自己决定一个合适的地址位置
shmflg	SHM_RDONLY：为只读模式，其他为读写模式，如0

调用成功时返回一个指向共享内存第一个字节的指针，如果调用失败返回-1。

shmdt()函数

与shmat函数相反，是用来断开与共享内存附加点的地址，禁止本进程访问此片共享内存，但是并不是删除该共享内存。

原型：

int shmdt(const void *shmaddr);

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shmaddr:连接的共享内存的起始地址，如shmat()函数的返回值。调用成功的时候返回0，失败时返回-1。

shmctl()函数

控制共享内存。

原型：

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

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参数	说明
shm_id	共享内存标识符，如shmget()的返回值
command	一些命令，如IPC_STAT：得到共享内存的状态，把共享内存的shmid_ds结构复制到buf中IPC_SET：如果进程有足够的权限，就把共享内存的当前关联值设置为shmid_ds结构中给出的值IPC_RMID：删除这片共享内存
buf	共享内存管理结构体。

shmid_ds结构 至少包括以下成员：

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

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例如一个简单的例子，父子进程通过共享内存的方式进行通信：

/*
 * @Author: YaleXin
 * @Date: 2020-04-22 14:22:16
 * @LastEditTime: 2020-04-22 21:38:34
 * @LastEditors: YaleXin
 * @Description:
 * @FilePath: \my_c_workspace\others\shareMemory.c
 * @祈祷不出现BUG
 */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/shm.h>
#include <unistd.h>
struct shareMemoryDate {
    int mod;
    char msg[100];
};
int main() {
    int *shm = NULL;
    struct shareMemoryDate *share;
    // 创建一个共享内存
    // IPC_CREAT表示如果共享内存不存在，则创建一个共享内存，否则打开操作。
    // 需要与IPC对象存取权限（如0600）进行|运算来确定信号量集的存取权限
    int shm_id =
        shmget((key_t)0, sizeof(struct shareMemoryDate), 0600 | IPC_CREAT);
    if (shm_id == -1) {
        printf("创建共享内存失败，我也不知为什么\n");
        return 0;
    }
    int pId = fork();
    if (pId == -1) {
        printf("创建子进程失败，我也不知为什么\n");
    } else if (pId == 0) {
        //子进程
        // 将共享内存连接到当前进程的地址空间
        shm = shmat(shm_id, 0, 0);
        if (shm == NULL) {
            printf("链接失败，我也不知为什么\n");
            return 0;
        }
        share = (struct shareMemoryDate *)shm;
        char buffer[100];
        printf("我是子进程，请输入想要写入共享内存的内容:\n");
        fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);
        strcpy(share->msg, buffer);
        // 表示将数据写入完毕
        share->mod = 1;
        // 把共享内存从当前进程中分离
        if (shmdt(shm) == -1) {
            printf("分离失败，我也不知为什么\n");
        }
    } else if (pId > 0) {
        //父进程
        // 将共享内存连接到当前进程的地址空间
        shm = shmat(shm_id, 0, 0);
        if (shm == NULL) {
            printf("链接失败，我也不知为什么\n");
            // 删除共享内存
            if (shmctl(shm_id, IPC_RMID, 0) == -1) {
                printf("（无法链接）删除共享内存失败，我也不知为什么\n");
                return 0;
            }
        }
        share = (struct shareMemoryDate *)shm;
        //等待子进程写入完毕
        while (share->mod != 1) sleep(1);
        printf("我是父进程，让我看看我的子进程在共享内存里边写了什么东西：\n");
        printf("%s\n", share->msg);
        printf("噢，原来是这些鬼玩意\n");
        // 删除共享内存
        if (shmctl(shm_id, IPC_RMID, 0) == -1) {
            printf("(读取完毕)删除共享内存失败，我也不知为什么\n");
        }
    }
    return 0;
}

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调试：

[email protected]:/media/yalexin/软件/my_c_workspace/others$ gcc -o share shareMemory.c
[email protected]:/media/yalexin/软件/my_c_workspace/others$ ./share
我是子进程，请输入想要写入共享内存的内容:
你好啊
我是父进程，让我看看我的子进程在共享内存里边写了什么东西：
你好啊

噢，原来是这些鬼玩意
[email protected]:/media/yalexin/软件/my_c_workspace/others$ 

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