进程间通讯----共享内存

共享内存

共享内存是被多个进程共享的一部分物理内存。共享内存是进程间共享数据的一种最快的方法，一个进程向共享内存区域写入了数据，共享这个内存区域的所有进程就可以立刻看到其中的内容。原理图如下：



共享内存的实现分为两个步骤：

一、 创建共享内存，使用shmget函数。

二、 映射共享内存，将这段创建的共享内存映射到具体的进程空间去，使用shmat函数。

创建共享内存

shmget(得到一个共享内存标识符或创建一个共享内存对象)
所需头文件	#include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h>
函数说明	得到一个共享内存标识符或创建一个共享内存对象并返回共享内存标识符
函数原型	int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg)
函数传入值	key	0(IPC_PRIVATE)：会建立新共享内存对象
大于0的32位整数：视参数shmflg来确定操作。通常要求此值来源于ftok返回的IPC键值
size	大于0的整数：新建的共享内存大小，以字节为单位
0：只获取共享内存时指定为0
shmflg	0：取共享内存标识符，若不存在则函数会报错
IPC_CREAT：当shmflg&IPC_CREAT为真时，如果内核中不存在键值与key相等的共享内存，则新建一个共享内存；如果存在这样的共享内存，返回此共享内存的标识符
IPC_CREAT|IPC_EXCL：如果内核中不存在键值与key相等的共享内存，则新建一个消息队列；如果存在这样的共享内存则报错
函数返回值	成功：返回共享内存的标识符
出错：-1，错误原因存于error中
附加说明	上述shmflg参数为模式标志参数，使用时需要与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
错误代码	EINVAL：参数size小于SHMMIN或大于SHMMAX EEXIST：预建立key所指的共享内存，但已经存在 EIDRM：参数key所指的共享内存已经删除 ENOSPC：超过了系统允许建立的共享内存的最大值(SHMALL) ENOENT：参数key所指的共享内存不存在，而参数shmflg未设IPC_CREAT位 EACCES：没有权限 ENOMEM：核心内存不足

在Linux环境中，对开始申请的共享内存空间进行了初始化，初始值为0x00。

如果用shmget创建了一个新的消息队列对象时，则shmid_ds结构成员变量的值设置如下：

Ÿ shm_lpid、shm_nattach、shm_atime、shm_dtime设置为0。

Ÿ msg_ctime设置为当前时间。

Ÿ shm_segsz设成创建共享内存的大小。

Ÿ shmflg的读写权限放在shm_perm.mode中。

Ÿ shm_perm结构的uid和cuid成员被设置成当前进程的有效用户ID，gid和cuid成员被设置成当前进程的有效组ID。

映射共享内存

shmat(把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间)
所需头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/shm.h>
函数说明	连接共享内存标识符为shmid的共享内存，连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间，随后可像本地空间一样访问
函数原型	void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg)
函数传入值	shmid	共享内存标识符
shmaddr	指定共享内存出现在进程内存地址的什么位置，直接指定为NULL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
函数返回值	成功：附加好的共享内存地址
出错：-1，错误原因存于error中
附加说明	fork后子进程继承已连接的共享内存地址。exec后该子进程与已连接的共享内存地址自动脱离(detach)。进程结束后，已连接的共享内存地址会自动脱离(detach)
错误代码	EACCES：无权限以指定方式连接共享内存 EINVAL：无效的参数shmid或shmaddr ENOMEM：核心内存不足

共享内存解除映射

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

int shmdt(const void *shmaddr)

shmaddr：连接的共享内存的起始地址

本函数调用并不删除所指定的共享内存区，而只是将先前用shmat函数连接（attach）好的共享内存脱离（detach）目前的进程

共享内存管理

所需头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/shm.h>
函数说明	完成对共享内存的控制
函数原型	int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf)
函数传入值	shmid	共享内存标识符
cmd	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：改变共享内存的状态，把buf所指的shmid_ds结构中的uid、gid、mode复制到共享内存的shmid_ds结构内
IPC_RMID：删除这片共享内存
buf	共享内存管理结构体。具体说明参见共享内存内核结构定义部分
函数返回值	成功：0
出错：-1，错误原因存于error中
错误代码	EACCESS：参数cmd为IPC_STAT，确无权限读取该共享内存 EFAULT：参数buf指向无效的内存地址 EIDRM：标识符为shmid的共享内存已被删除 EINVAL：无效的参数cmd或shmid EPERM：参数cmd为IPC_SET或IPC_RMID，却无足够的权限执行

贡献内存实例如下：

实验要求：创建两个进程，在A进程中创建一个共享内存，并向其写入数据，通过B进程从共享内存中读取数据。

chm_com.h函数

[cpp] view
plaincopy

#define TEXT_SZ 2048

struct shared_use_st

{

int written_by_you;

char some_text[TEXT_SZ];

};

读取进程：

[cpp] view
plaincopy

/**********************************************************

*实验要求： 创建两个进程，通过共享内存进行通讯。

*功能描述： 本程序申请和分配共享内存，然后轮训并读取共享中的数据，直至

* 读到“end”。

*日 期： 2010-9-17

*作 者： 国嵌

**********************************************************/

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/shm.h>

#include "shm_com.h"

/*

* 程序入口

* */

int main(void)

{

int running=1;

void *shared_memory=(void *)0;

struct shared_use_st *shared_stuff;

int shmid;

/*创建共享内存*/

shmid=shmget((key_t)1234,sizeof(struct shared_use_st),0666|IPC_CREAT);

if(shmid==-1)

{

fprintf(stderr,"shmget failed\n");

exit(EXIT_FAILURE);

}

/*映射共享内存*/

shared_memory=shmat(shmid,(void *)0,0);

if(shared_memory==(void *)-1)

{

fprintf(stderr,"shmat failed\n");

exit(EXIT_FAILURE);

}

printf("Memory attached at %X\n",(int)shared_memory);

/*让结构体指针指向这块共享内存*/

shared_stuff=(struct shared_use_st *)shared_memory;

/*控制读写顺序*/

shared_stuff->written_by_you=0;

/*循环的从共享内存中读数据，直到读到“end”为止*/

while(running)

{

if(shared_stuff->written_by_you)

{

printf("You wrote:%s",shared_stuff->some_text);

sleep(1); //读进程睡一秒，同时会导致写进程睡一秒，这样做到读了之后再写

shared_stuff->written_by_you=0;

if(strncmp(shared_stuff->some_text,"end",3)==0)

{

running=0; //结束循环

}

}

}

/*删除共享内存*/

if(shmdt(shared_memory)==-1)

{

fprintf(stderr,"shmdt failed\n");

exit(EXIT_FAILURE);

}

exit(EXIT_SUCCESS);

}

写入进程：

[cpp] view
plaincopy

/**********************************************************

*实验要求： 创建两个进程，通过共享内存进行通讯。

*功能描述： 本程序申请了上一段程序相同的共享内存块，然后循环向共享中

* 写数据，直至写入“end”。

*日 期： 2010-9-17

*作 者： 国嵌

**********************************************************/

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/shm.h>

#include "shm_com.h"

/*

* 程序入口

* */

int main(void)

{

int running=1;

void *shared_memory=(void *)0;

struct shared_use_st *shared_stuff;

char buffer[BUFSIZ];

int shmid;

/*创建共享内存*/

shmid=shmget((key_t)1234,sizeof(struct shared_use_st),0666|IPC_CREAT);

if(shmid==-1)

{

fprintf(stderr,"shmget failed\n");

exit(EXIT_FAILURE);

}

/*映射共享内存*/

shared_memory=shmat(shmid,(void *)0,0);

if(shared_memory==(void *)-1)

{

fprintf(stderr,"shmat failed\n");

exit(EXIT_FAILURE);

}

printf("Memory attached at %X\n",(int)shared_memory);

/*让结构体指针指向这块共享内存*/

shared_stuff=(struct shared_use_st *)shared_memory;

/*循环的向共享内存中写数据，直到写入的为“end”为止*/

while(running)

{

while(shared_stuff->written_by_you==1)

{

sleep(1);//等到读进程读完之后再写

printf("waiting for client...\n");

}

printf("Ener some text:");

fgets(buffer,BUFSIZ,stdin);

strncpy(shared_stuff->some_text,buffer,TEXT_SZ);

shared_stuff->written_by_you=1;

if(strncmp(buffer,"end",3)==0)

{

running=0; //结束循环

}

}

/*删除共享内存*/

if(shmdt(shared_memory)==-1)

{

fprintf(stderr,"shmdt failed\n");

exit(EXIT_FAILURE);

}

exit(EXIT_SUCCESS);

}

3 . 在一个终端中运行shm1，在另一个终端中运行shm2.当shm1运行起来之后，由于共享内存中没有数据可读，会处于等待状态

[root@localhost 2-4-4]# ./shm1

Memory attached at B7F9A000

/***阻塞***/

再向shm2运行的终端输入字符串

[root@localhost 2-4-4]# ./shm2

Memory attached at B7FD8000

Enter some text：Impossible is nothing

waiting for client。。。

waiting for client。。。

Enter some text：Anything is possible

waiting for client。。。

Ener some text：end

[root@localhost 2-4-4]#

shm1能够逐个从共享内存中巴他们读出来，知道双方晕倒字符串"end"后，两个程序都退出。

[root@localhost 2-4-4]# ./shm1

Memory attached at B7F9A000

You write：Impossible is nothing

You write：Anything is possible

You write：end

[root@localhost 2-4-4]#

以上运行过程中，红色表示在终端1中运行的结果，蓝色表示在终端2里面运行的结果。