【Linux】进程间通信——System V共享内存

前言

  system v是一种在linux系统中用于进程间通信（ipc）的机制。它提供了几种不同的通信方式，包括共享内存、消息队列和信号量。以下是关于linux进程间通信system v共享内存的详细解释：

  System V共享内存是IPC（进程间通信）机制的一部分，它允许两个或多个进程共享一段物理内存。这段内存可以被所有参与的进程读取和写入。这种方式通常比较高效，因为进程可以直接对内存进行读写操作，而不需要通过内核进行数据传输。如下图所示：

在这里插入图片描述

  System V共享内存可以在内存中创建多个，所以操作系统需要借助一种数据结构来管理它。System V共享内存使用struct shmid_ds结构体来描述共享内存的状态和属性。该结构体包括共享内存的键值key用来唯一标识共享内存，还包括了共享内存的权限、大小、创建时间、最后访问时间等信息。

  创建System V共享内存段的主要函数有shmget、shmat、shmdt和shmctl。

因为用户不确定哪些key值已经被使用了，哪些没被使用，所以操作系统提供了一个函数，可以帮助用户生成唯一的标识符。

ftok函数将给定的文件路径名（pathname）和项目ID（proj_id）根据算法转换为一个键值（key_t），用于创建或访问System V IPC资源（如消息队列、共享内存、信号量等）。这样不同进程间只需知道文件路径和项目ID就可以确定共享内存的标识符key了。

IPC_CREAT和IPC_EXCL都是宏，IPC_CREAT表示如果通过key值标识的共享内存不存在就创建；存在就获取该共享内存并返回它。 IPC_EXCL单独使用无意义，通常是和IPC_CREAT搭配使用，IPC_CREAT|IPC_EXCL，使用逻辑运算符或连接：表示如果通过key值标识的共享内存不存在就创建；存在就出错返回。

注意这个标识符不是key，而是给用户用的一个标识共享内存的标识符。

例如，创建一个共享内存：

#include#include#include #include const std::string gpath = "/home/tutu/ProcessCommunicate/sharemem";const int ProcessId = 0;const size_t gsize = 4096;int main(){    key_t key = ftok(gpath.c_str(),ProcessId);//获取唯一key值    int shmid = ::shmget(key,gsize,IPC_CREAT|IPC_EXCL);    if(shmid < 0)        std::cout<<"共享内存创建失败..."<
结果如下：
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我们还可以通过命令行命令来管理共享内存：

							

								
								

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								下载 
							
						
ipcs -m:用来查看系统的共享内存： 
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ipcrm -m shmid:用来删除共享内存： 
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int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);对共享内存段执行特定的控制操作。参数shmid是由shmget()返回的共享内存标识符。参数cmd指定要执行的操作，例如IPC_RMID移除共享内存段，IPC_STAT获取共享内存段的状态等。参数buf是一个指向shmid_ds结构的指针，用来存储或修改共享内存段的信息。成功时返回0，出错时返回-1。
例如，使用shmctl删除一个共享内存：
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#include#include#include#include #include const std::string gpath = "/home/tutu/ProcessCommunicate/sharemem";const int ProcessId = 0;const size_t gsize = 4096;int main(){    //1.创建共享内存    key_t key = ftok(gpath.c_str(),ProcessId);    int shmid = ::shmget(key,gsize,IPC_CREAT|IPC_EXCL);    if(shmid < 0)        std::cout<<"共享内存创建失败..."<
结果如下： 
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void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg); 将共享内存段连接到调用进程的地址空间。
  共享内存创建后必须挂接到进程中，获取到虚拟地址后才可以通过地址进行写入和读取  
参数shmid是由shmget()返回的共享内存标识符。参数shmaddr指定了共享内存段附加的位置，通常设置为NULL让系统选择适当的地址。参数shmflg可以包含标志如SHM_RND和SHM_RDONLY，这里我们设置为0即可。成功时返回指向共享内存段的指针，出错时返回(void *) -1。
例如，将创建的共享内存挂接到进程中：
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#include#include#include#include #include const std::string gpath = "/home/tutu/ProcessCommunicate/sharemem";const int ProcessId = 0;const size_t gsize = 4096;int main(){    //1.创建共享内存    key_t key = ftok(gpath.c_str(),ProcessId);    int shmid = ::shmget(key,gsize,IPC_CREAT|IPC_EXCL);    if(shmid < 0)        std::cout<<"共享内存创建失败..."<
结果如下： 
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#include#include#include#include #include const std::string gpath = "/home/tutu/ProcessCommunicate/sharemem";const int ProcessId = 0;const size_t gsize = 4096;int main(){    //1.创建共享内存    key_t key = ftok(gpath.c_str(),ProcessId);    int shmid = ::shmget(key,gsize,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0600);    if(shmid < 0)        std::cout<<"共享内存创建失败..."<
在这里插入图片描述
 使用ipcs -m可以看到(注意这里没有删除共享内存才可以看到)： 
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int shmdt(const void *shmaddr); 断开与共享内存段的连接。参数shmaddr是shmat()返回的指针。成功时返回0，出错时返回-1。代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
#include#include#include#include #include const std::string gpath = "/home/tutu/ProcessCommunicate/sharemem";const int ProcessId = 0;const size_t gsize = 4096;int main(){    //1.创建共享内存    key_t key = ftok(gpath.c_str(),ProcessId);    int shmid = ::shmget(key,gsize,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0600);    if(shmid < 0)        std::cout<<"共享内存创建失败..."<
结果如下： 
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创建、挂接、断联以及删除共享内存原理如下： 
在这里插入图片描述
✨进程间通信实例基于以上4个函数，我们就可以封装一个ShareMem类来进行进程间通信：代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
#pragma once#include #include #include #include #include #include #include #include const std::string gpath = "/home/tutu/ProcessCommunicate/sharemem";int gprojId = 0x6666;// 操作系统，申请空间，是按照块为单位的：4KB，1KB， 2KB， 4MBint gshmsize = 4096;mode_t gmode = 0600;class ShareMem{private:    void CreateShmHelper(int flag)    {        _key = ::ftok(gpath.c_str(), gprojId);        if (_key < 0)        {            std::cout << "创建共享内存时ftok出错..." << std::endl;            return;        }        _shmid = ::shmget(_key, gshmsize, flag); // 不存在返回-1        if (_shmid < 0)        {            std::cout << "创建共享内存时shmget出错..." << std::endl;            return;        }    }public:    ShareMem() : _shmid(-1), _key(0),_pshm(nullptr)    {    }    // 创建共享内存    void CreateShareMem()    {        if (_shmid < 0)            CreateShmHelper(IPC_CREAT | IPC_EXCL | gmode);    }    //获取共享内存    void GetShareMem()    {        if(_shmid < 0)            CreateShmHelper(IPC_CREAT);    }        //挂接共享内存    void AttachShareMem()    {        if(_shmid>0)            _pshm = ::shmat(_shmid,nullptr,0);    }    //去关联共享内存    void DetachShareMem()    {        if(_pshm)            ::shmdt(_pshm);    }    //删除共享内存    void DeleteShareMem()    {        if(_shmid > 0)            ::shmctl(_shmid, IPC_RMID, nullptr);    }    //获取共享内存地址    void* GetShareMemAddr()    {        return _pshm;    }private:    int _shmid;    key_t _key;    void* _pshm;};ShareMem shm;
创建共享内存并写入内容：代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
int main(){   //1.创建共享内存    shm.CreateShareMem();     //2.挂接共享内存    shm.AttachShareMem();    //3. 获取共享内存地址    char *str = (char*)shm.GetShareMemAddr();//强转为字符指针      //4. 写入数据到共享内存    int n = 0;    while(n <= 10)    {        str[n] = n+'0';        n++;        sleep(2);    }        //5.断开共享内存    shm.DetachShareMem();    //6.删除共享内存    shm.DeleteShareMem();       return 0;}
获取共享内存并读取内容：代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
int main(){   //1.获取共享内存    shm.GetShareMem();    //2.挂接共享内存    shm.AttachShareMem();    //3. 获取共享内存地址    char *str = (char *)shm.GetShareMemAddr();//强转为字符指针    //4. 读取共享内存内容    int n = 10;    while(n--)    {        printf("%s\n",str);        sleep(2);    }        //5.断开共享内存    shm.DetachShareMem();    //6.删除另一个进程删即可         return 0;}
同时运行两个进程，结果如下： 
在这里插入图片描述
4. 共享内存特点通信速度最快不同进程间共享内存块，但是没有任何保护机制5. 结语
  System V共享内存是一种高效的进程间通信（IPC）机制，它允许多个进程共享一块物理内存区域，从而避免了数据的复制，显著提高了数据传输速率。