共享內存SHM

1. 基本概念

共享內存，顧名思義，就是通過不同進程共享一段相同的內存來達到通信的目的，由于SHM對象不再交由內核托管，因此共享內存SHM對象是眾多IPC方式最高效的一種方式，但也因為這個原因，SHM一般不能單獨使用，而需要配合諸如互斥鎖、信號量等協同機制使用。

2. 函數接口

使用共享內存的一般步驟是：

1. 獲取共享內存對象的ID
2. 將共享內存映射至本進程虛擬內存空間的某個區域
3. 當不再使用時，解除映射關系
4. 當沒有進程再需要這塊共享內存時，刪除它。

下面來詳細介紹這些函數接口的用法。

2.1 創建或打開SHM對象

與消息隊列類似，SHM對象的創建或打開也需要一個唯一的鍵值標識，并且需要指定內存的大小尺寸，具體接口如下：

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

接口說明：

• 返回值：SHM對象ID
• 參數key：SHM對象鍵值
• 參數size：共享內存大小
• 參數shmflg：創建模式和權限
  • IPC_CREAT：如果key對應的共享內存不存在，則創建SHM對象
  • IPC_EXCL：如果該key對應的共享內存已存在，則報錯
  • 權限與文件創建open類似，用八進制表示

示例代碼：

int main(void)
{key_t key = ftok(".", 1);int shmid;// 創建或打開一個大小為1024自己的SHM對象，獲取其IDshmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT|0666);if(shmid < 0){perror("創建SHM對象失敗");}// ...return 0;
}	

2.2 映射 / 解除映射SHM對象

有了SHM對象的ID之后，必須先將其映射到用戶進程的內存空間之后方可使用，映射接口如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>void *shmat(int shmid, const void *shmaddr/*一般為NULL*/, int shmflg);

接口說明：

• 功能：
  • 將指定的共享內存，映射到本進程內存空間
• 參數：
  • shmid：指定的共享內存的ID
  • shmaddr：指定映射后的地址，因為是虛擬地址，分配的原則要兼顧諸如段對齊、權限分配等問題，因此用戶進程是無法指定的，只能由系統自動分配，因此此參數一般為NULL，表示交由系統來自動分配。
  • shmflg：可選項
    • 0：默認，代表共享內存可讀可寫。
    • SHM_RDONLY：代表共享內存只讀。
• 返回值：
  • 共享內存映射后的虛擬地址入口。

正確映射之后，命令ipcs -m查看SHM對象時，可從nattch列中看到已映射進程個數：

aidevelop@aidevelop-vm:~$ ipcs -m------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status      
0x00000000 688132     aidevelop  600        67108864   2          dest         
0x00000000 688137     aidevelop  600        524288     2          dest         
0x00000000 688138     aidevelop  600        524288     2          dest         
0x00000000 688139     aidevelop  600        4389528    2          dest         
0x00000000 688142     aidevelop  600        524288     2          dest         
0x5101374a 20         aidevelop  600        1024       1                    

使用完SHM對象后，需要將其跟進程解除關聯關系，即解除映射，函數接口如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>int shmdt(const void *shmaddr);

該函數接口非常簡單，參數就是從 shmat() 返回的SHM對象的入口指針。

2.3 其余操作

與其他IPC對象一樣，共享內存也有一個control函數，可用于設置SHM對象屬性信息、獲取SHM屬性信息、刪除SHM對象等其余操作，接口如下：

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

接口說明：

• shmid：指定的共享內存的ID
• cmd：一些命令字
  • IPC_STAT：獲取共享內存 的一些信息，放入shmid_ds{ }中
  • IPC_SET：將 buf 中指定的信息，設置到本共享內存中
  • IPC_RMID：刪除指定的共享內存，此時第三個參數 buf 將被忽略
• buf：用來存放共享內存信息的結構體

用的較多的就是刪除SHM對象，示例代碼如下：

shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

2.4示例代碼

int main(int argc,char *argv[])
{key_t key = ftok(".",1);int shmid = shmget(key, SHMSIZE, IPC_CREAT | 0666);char *addr1 = shmat(shmid,NULL,0);bzero(addr1,SHMSIZE);fgets(addr1, SHMSIZE,stdin);shmdt(addr1);return 0;
}

int main(int argc,char *argv[])
{key_t key = ftok(".",1);int shmid = shmget(key, SHMSIZE, IPC_CREAT | 0666);char *addr2 = shmat(shmid,NULL,0);printf("from Jack : %s",addr2);shmdt(addr2);return 0;
}