Linux下的共享內存編程
前面帶小伙伴們學習了共享內存相關的內容，先簡單介紹下共享內存，然后進行結構及函數的學習，最后擼代碼使用一下這些函數使用一下共享內存，希望對大家有所幫助哈!
1 共享內存的概念及使用過程
1)共享內存的概念
共享內存是IPC機制中的一種。
共享內存：即允許兩個或多個進程共享一個給定的存儲區。
2)共享內存的使用過程
① 進程1創建共享內存，接著映射共享內存。
② 進程2獲取共享內存，映射共享內存。
③ 交互完成，進程1分離共享內存，進程2分離共享內存。
④ 進程1刪除共享內存。
2 共享內存相關的結構及函數
0)共享內存相關的結構
內核為每個共享存儲段維護著一個結構，該結構至少要為每個共享存儲段包含以下成員。
- struct shmid_ds
- {
- struct ipc_perm shm_perm; // 操作權限
- size_t shm_segsz; // 段的大小（以字節為單位）
- time_t shm_atime; // 上一個進程附加到該段的時間
- time_t shm_dtime; // 上一個進程分離開該段的時間
- time_t shm_ctime; // 上一個進程修改該段的時間
- pid_t shm_cpid; // 創建該段進程的PID
- pid_t shm_lpid; // 上個shmat(2)/shmdt(2)的PID
- shmatt_t shm_nattch; // 當前附加到該段的進程的個數
- ...
- };
系統為每一個IPC對象保存一個ipc_perm結構體，該結構說明了IPC對象的權限和所有者，每一個版本的內核各有不用的ipc_perm結構成員。
- struct ipc_perm
- {
- key_t __key; // 為 shmget(2) 調用提供的鍵值
- uid_t uid; // 共享內存所有者的有效用戶UID
- gid_t gid; // 共享內存所有者所屬組的有效組GID
- uid_t cuid; // 共享內存創建者的有效用戶UID
- gid_t cgid; // 共享內存創建者所屬組的有效組ID
- unsigned short mode; // 特權 + SHM_DEST 和SHM_LOCKED 標志
- unsigned short __seq; // 序列號
- };
1)shmget函數
shmget函數用于創建或者獲取共享內存，并返回其描述符id。
① 函數原型。
- int shmget(key_t key,size_t sizie,int shmflg)
② 頭文件。
- include <sys/ipc.h>
- include <sys/shm.h>
③ 參數。
key:共享內存的鍵值。
size:共享內存的大小。
shmflg:打開標志，如果使用了IPC_CREAT，則會新創建一塊共享內存。
④ 返回值。
成功：返回創建或者獲取到的共享內存的描述符。
失敗：-1。
2)shmat函數
shmat函數用于映射共享內存，即將進程連接到它的地址空間。
① 函數原型。
- void *shmat(int shmid,const void *shmaddr,int shmflg)
② 頭文件。
- include <sys/types.h>
- include <sys/shm.h>
③ 參數。
shmid:要映射的共享內存的描述符。
shmaddr:共享內存的地址。
shmflg:打開標志，如果使用了IPC_CREAT,則會新創建一塊共享內存。
④ 返回值。
成功：返回創建或者獲取到的共享內存的描述符。
失敗：-1。
3)shmdt函數
shmdt函數用于分離共享內存，即操作完存儲段后，用此函數可以將進程與此存儲段脫離開，即斷掉與共享內存的聯系。
① 函數原型。
- int shmdt(const void *shmaddr)
② 頭文件。
- #include <sys/types.h>
- #include <sys/shm.h>
③ 參數。
shmaddr:要斷開的共享內存的映射地址。
④ 返回值。
成功：0。
失敗：-1。
4)shmctl函數
shmctl函數用于控制共享內存，通過參數可以對共享內存進行特定的操作。
① 函數原型。
- int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf)
② 頭文件。
- #include <sys/ipc.h>
- #include <sys/shm.h>
③ 參數。
shmid:要控制的共享內存的id。
cmd:決定執行什么樣的控制操作，如IPC_RMID(表示刪除)。
buf:獲取linux中描述共享內存的shmid_ds結構。基本不使用。
cmd可去的參數如下，需要參照上面的結構shmid_ds和ipc_perm ：
IPC_STAT：取此段的shmid_ds結構，并將它存儲在由buf指向的結構中。
IPC_SET：按buf指向的結構中的值設置與此共享存儲段相關的shmid_ds結構中的下列3個字段：shmperm.uid、shm perm.gid和shmperm.mode。
此命令只能由下列兩種進程執行：一種是其有效用戶ID等于shm_perm.cuid或shmperm.uid的進程;另一種是具有超級用戶特權的進程。
IPC_RMID：從系統中刪除該共享存儲段。
除非使用該段的最后一個進程終止或與該段分離，否則不會實際上刪除該存儲段。
不管此段是否仍在使用，該段標識符都會被立即刪除，所以不能再用shmat與該段連接。
此命令只能由下列兩種進程執行：一種是其有效用戶ID等于shm_perm.cuid或shm_perm.uid的進程;另一種是具有超級用戶特權的進程。
下面兩個命令只能由超級用戶執行：
SHM_LOCK：在內存中對共享存儲段加鎖。
SHM_UNLOCK：解鎖共享存儲段。
④ 返回值。
成功：根據不同的操作返回不同的值。
失敗：-1。
3 實例代碼
下面用兩個進程，給大家演示下共享內存的使用過程。
實例代碼如下，說明都在代碼注釋中了。
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 // 可輸入1K字符串
- struct SharedMemoryST
- {
- int ReadWriteFlag; // 表明是誰放進去的
- char CharData[SIZE]; // 字符數組保存用戶輸入數據
- };
- int main(int argc,char *argv[])
- {
- int shmid;
- int ReadStatusFlag = 1; // 內存中數據是否被讀走，1未被讀走
- struct SharedMemoryST *shm; // 共享內存結構變量
- char buffer[SIZE];
- key_t key=ftok("/tmp",12); // 創建共享內存的鍵值，如果提示創建失敗（一般是沒有quit引起的），可以修改讀寫進程的鍵值，都要改成同一數字
- //1 創建共享內存
- shmid = shmget(key,sizeof(struct SharedMemoryST),IPC_CREAT|IPC_EXCL|0777);
- if(shmid == -1) // 如果創建失敗
- {
- printf("\nCreating share memory fail!\n\n");
- exit(1);
- }
- //2 映射共享內存
- shm = shmat(shmid,NULL,0); // 內存id，映射的位置，映射的標志（此無特殊要求）
- //3 查詢寫入的
- while(ReadStatusFlag) // 循環檢查寫入共享內存的數據是否被讀走，讀走后退出循環
- {
- while(shm->ReadWriteFlag == 1)
- {
- sleep(1);
- printf("\nWaiting read memory!\n");
- }
- // 獲取用戶輸入
- printf("\nPlease input data or input 'quit' to exit!\n\n");
- fgets(buffer,SIZE,stdin); // 參數：字符串的位置，長度，獲取的方式位置
- // 將用戶輸入的字符串放入共享內存
- strncpy(shm->CharData,buffer,SIZE);// 參數：目的數據，源數據，數據大小
- shm->ReadWriteFlag = 1;
- if(strncmp(buffer,"quit",4) == 0) // 最后一個參數為比較字符的數量
- {
- ReadStatusFlag = 0; // 寫入共享內存的數據已經被讀走
- }
- }
- //4 脫離共享存
- 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 // 可輸入1K字符串
- struct SharedMemoryST
- {
- int ReadWriteFlag; // 標明是讀進程還是寫進程放入了數據
- char CharData[SIZE]; // 保存用戶輸入數據
- };
- int main(int argc,char *argv[])
- {
- int shmid;
- int ReadStatusFlag = 1; // 內存中數據是否被讀走的標志位，1表示未被讀走
- struct SharedMemoryST *shm; // 共享內存結構
- key_t key=ftok("/tmp",12); // 創建共享內存的鍵值，如果提示創建失敗，修改一下數字即可,讀寫進程都要改成同一數字
- //1 創建/獲取共享內存
- shmid = shmget(key,sizeof(struct SharedMemoryST),IPC_CREAT|0777);//分配大小為結構大小，1234是隨便給的鍵值
- //2 映射共享內存
- shm = (struct SharedMemoryST *)shmat(shmid,NULL,0); //內存id，映射的位置，映射的標志（此無特殊要求）
- shm->ReadWriteFlag = 0;
- //3 檢查是否收到信息，收到quit退出
- while(ReadStatusFlag)
- {
- //打印共享內存
- if(shm->ReadWriteFlag == 1) // 等于說明有相應的數據
- {
- printf("\nThe write context is: %s\n",shm->CharData);
- shm->ReadWriteFlag = 0;
- if(strncmp(shm->CharData,"quit",3) == 0)
- {
- ReadStatusFlag = 0; // 結束查詢，退出
- }
- }
- }
- //4 脫離共享內存
- shmdt((const void *)shm);
- //5 刪除共享內存
- shmctl(shmid,IPC_RMID,0);
- }
寫共享內存先創建共享內存,寫入數據，讀共享內存讀取數據，通過標志查詢方式，退出輸入quit。
運行結果如下：
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