进程间通信学习小结（共享内存）
要使用共享內存，應該有如下步驟：
1.開辟一塊共享內存 shmget()
2.允許本進程使用共某塊共享內存 shmat()
3.寫入/讀出
4.禁止本進程使用這塊共享內存 shmdt()
5.刪除這塊共享內存 shmctl()或者命令行下ipcrm
共享內存可以說是最有用的進程間通信方式，也是最快的IPC形式。兩個不同
進程A、B共享內存的意思是，同一塊物理內存被映射到進程A、B各自的進程
地址空間。進程A可以即時看到進程B對共享內存中數據的更新，反之亦然。
由于多個進程共享同一塊內存區域，必然需要某種同步機制，互斥鎖和信號量
都可以。
一：概念
采用共享內存通信的一個顯而易見的好處是效率高，因為進程可以直接讀寫內
存，而不需要任何數據的拷貝。對于像管道和消息隊列等通信方式，則需要在
內核和用戶空間進行四次的數據拷貝，而共享內存則只拷貝兩次數據[1]：一次從輸入文件到共享內存
區，另一次從共享內存區到輸出文件。實際上，進程之間在共享內存時，并不總是讀寫少量數據后就
解除映射，有新的通信時，再重新建立共享內存區域。而是保持共享區域，直到通信完畢為止，這
樣，數據內容一直保存在共享內存中，并沒有寫回文件。共享內存中的內容往往是在解除映射時才寫
回文件的。因此，采用共享內存的通信方式效率是非常高的。
Linux的2.2.x內核支持多種共享內存方式，如mmap()系統調用，Posix共享內存，以及系統V共享內
存。linux發行版本如Redhat 8.0支持mmap()系統調用及系統V共享內存，但還沒實現Posix共享內存，
本文將主要介紹系統V共享內存API的原理及應用。
系統V共享內存指的是把所有共享數據放在共享內存區域（IPC shared memory region），
任何想要訪問該數據的進程都必須在本進程的地址空間新增一塊內存區域，
用來映射存放共享數據的物理內存頁面。
系統V是通過映射特殊文件系統shm中的文件實現進程間的共享內存通信。也就是說，每個共
享內存區域對應特殊文件系統shm中的一個文件（這是通過shmid_kernel結構聯系起來的），后面還將闡述。
進程間需要共享的數據被放在一個叫做IPC共享內存區域的地方，所有需要訪問該共享區域的進程都
要把該共享區域映射到本進程的地址空間中去。系統V共享內存通過shmget獲得或創建一個IPC共享
內存區域，并返回相應的標識符。內核在保證shmget獲得或創建一個共享內存區，初始化該共享內
存區相應的shmid_kernel結構的同時，還將在特殊文件系統shm中，創建并打開一個同名文件，并
在內存中建立起該文件的相應dentry及inode結構，新打開的文件不屬于任何一個進程（任何進程都
可以訪問該共享內存區）。所有這一切都是系統調用shmget完成的。
注：每一個共享內存區都有一個控制結構struct shmid_kernel，shmid_kernel是共享內存區域中非常
重要的一個數據結構，它是存儲管理和文件系統結合起來的橋梁，定義如下：
struct shmid_kernel
{
struct kern_ipc_perm shm_perm;
struct file * shm_file;
int id;
unsigned long shm_nattch;
unsigned long shm_segsz;
time_t shm_atim;
time_t shm_dtim;
time_t shm_ctim;
pid_t shm_cprid;
pid_t shm_lprid;
};
該結構中最重要的一個域應該是shm_file，它存儲了將被映射文件的地址。每個共享內存區對象都對
應特殊文件系統shm中的一個文件，一般情況下，特殊文件系統shm中的文件是不能用read()、write
()等方法訪問的，當采取共享內存的方式把其中的文件映射到進程地址空間后，可直接采用訪問內存的方式對其訪問。
正如消息隊列和信號燈一樣，內核通過數據結構struct ipc_ids shm_ids維護系統中的所有共享內存
區域。上圖中的shm_ids.entries變量指向一個ipc_id結構數組，而每個ipc_id結構數組中有個指向
kern_ipc_perm 結構的指針。到這里讀者應該很熟悉了，對于系統V 共享內存區來說，
kern_ipc_perm的宿主是shmid_kernel結構，shmid_kernel是用來描述一個共享內存區域的，這樣內
核就能夠控制系統中所有的共享區域。同時，在shmid_kernel結構的file類型指針shm_file指向文件
系統shm中相應的文件，這樣，共享內存區域就與shm文件系統中的文件對應起來。
在創建了一個共享內存區域后，還要將它映射到進程地址空間，系統調用shmat()完成此項功能。由
于在調用shmget()時，已經創建了文件系統shm中的一個同名文件與共享內存區域相對應，因此，
調用shmat()的過程相當于映射文件系統shm中的同名文件過程。
二：系統V共享內存API
對于系統V共享內存，主要有以下幾個API：shmget()、shmat()、shmdt()及shmctl()。
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
shmget（）用來獲得共享內存區域的ID，如果不存在指定的共享區域就創建相應的區域。shmat()把
共享內存區域映射到調用進程的地址空間中去，這樣，進程就可以方便地對共享區域進行訪問操作。shmdt()調用用來解除進程對共享內存區域的映射。shmctl實現對共享內存區域的控制操作。
三：實例
兩個進程通過系統V共享內存通信的范例。
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
typedef struct{
char name[4];
int age;
} people;//進程地址空間里開辟了一個內存區域用于與共享內存映射
main(int argc, char** argv)
{
int shm_id,i;
key_t key;
char temp;
people *p_map;
char* name = "/dev/shm/myshm2";
key = ftok(name,0);//以前的都是'a'
if(key==-1)
perror("ftok error");
shm_id=shmget(key,4096,IPC_CREAT);
if(shm_id==-1)
?
perror("shmget error");
return;
?
p_map=(people*)shmat(shm_id,NULL,0);//映射到進程地址空間內存里
temp='a';
for(i = 0;i<10;i++)
?
temp+=1;
memcpy((*(p_map+i)).name,&temp,1);//對共享內存寫操作（就是在進程的映射內存里寫），
?
?
if(shmdt(p_map)==-1)//解除映射
perror(" detach error ");
}
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
typedef struct{
char name[4];
int age;
} people;
main(int argc, char** argv)
{
int shm_id,i;
key_t key;
people *p_map;
char* name = "/dev/shm/myshm2";
key = ftok(name,0);
if(key == -1)
perror("ftok error");
shm_id = shmget(key,4096,IPC_CREAT);
if(shm_id == -1)
?
perror("shmget error");
return;
?
p_map = (people*)shmat(shm_id,NULL,0);
for(i = 0;i<10;i++)
{
printf( "name:%s\n",(*(p_map+i)).name );//對共享內存進行讀操作（就是讀進程的映射內存）
printf( "age %d\n",(*(p_map+i)).age );
}
if(shmdt(p_map) == -1)
perror(" detach error ");
}
testwrite.c創建一個系統V共享內存區，并在其中寫入格式化數據；testread.c訪問同一個系統V共享
內存區，讀出其中的格式化數據。分別把兩個程序編譯為testwrite及testread，先后執行./testwrite
及./testread 則./testread輸出結果如下：
name: b age 20; name: c age 21; name: d age 22; name: e age 23; name: f age 24;
name: g age 25; name: h age 26; name: I age 27; name: j age 28; name: k age 29;
四：總結
系統V共享內存是以文件的形式組織在特殊文件系統shm中的。通過shmget可以創建或獲得共享內存的標識符。取得共享內存標識符后，要通過shmat將這個內存區映射到本進程的虛擬地址空間（本進程內通過開辟一個內存進行映射）。
1、 系統V共享內存中的數據，從來不寫入到實際磁盤文件中去；而通過mmap()映射普通文件實現
的共享內存通信可以指定何時將數據寫入磁盤文件中。注：前面講到，系統V共享內存機制實際是通
過映射特殊文件系統shm中的文件實現的，文件系統shm的安裝點在交換分區上，系統重新引導后，
所有的內容都丟失。
2、 系統V共享內存是隨內核持續的，即使所有訪問共享內存的進程都已經正常終止，共享內存區仍
然存在（除非顯式刪除共享內存），在內核重新引導之前，對該共享內存區域的任何改寫操作都將
一直保留。
3、 通過調用mmap()映射普通文件進行進程間通信時，一定要注意考慮進程何時終止對通信的影
響。而通過系統V共享內存實現通信的進程則不然。注：這里沒有給出shmctl的使用范例，原理與消
息隊列大同小異。
共享內存允許兩個或多個進程共享一給定的存儲區，因為數據不需要來回復制，所以是最快的一種
進程間通信機制。共享內存可以通過mmap()映射普通文件（特殊情況下還可以采用匿名映射）機制
實現，也可以通過系統V共享內存機制實現。應用接口和原理很簡單，內部機制復雜。為了實現更安
全通信，往往還與信號燈等同步機制共同使用。
轉：共享內存---shmget shmat shmdt
?
要使用共享內存，應該有如下步驟：
shmkey = ftok( "mcut" , 'a' ); // 計算標識符 操作共享內存,我們用到了下面的函數 // shmid開辟共享內存 shmid = shmget( shmkey , sizeof(in_data) , IPC_CREAT | 0666 ) ; char *head , *pos , head = pos = shmat( shmid , 0 , 0 ); // 允許本進程使用這塊共享內存 shmdt( head ); // 禁止本進程使用這塊內存 shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL); 取得ipc信息： 例如，我們在以0x12345678為KEY創建了一個共享內存，可以直接使用ipcrm -M 0x12345678來刪除共享內存區域。 |
總結
以上是生活随笔為你收集整理的进程间通信学习小结（共享内存）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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