IPC 进程间通信方式——共享内存

共享内存

• 共享内存区域是被多个进程共享的一部分物理内存。
• 多个进程都可以把共享内存映射到自己的虚拟空间。所有用户空间的进程要操作共享内存，都要将其映射到自己的虚拟空间，通过映射的虚拟内存空间地址去操作共享内存，从而达到进程间的数据通信。
• 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
• 本身不提供同步机制，可通过信号量进行同步
• 提升数据处理效率，一种效率最高的IPC机制
  

共享内存属性信息

struct shmid_ds{
    struct ipc_perm shm_perm;
    size_t shm_semsz;//共享内存大小   
    pid_t shm_lpid;//最后一次调用系统pid
    pid_t shm_cpid;//pid的创建者的id
    shmatt_t shm_nattch;//和共享内存成功映射的数量
    time_t shm_atime;//最后一个成功映射的时间
    time_t shm_dtime;//最后断开映射的时间
    time_t shm_ctime;//最后改变的时间
}

共享内存使用步骤

• 使用shmget()函数创建共享内存
• 使用shmat()函数映射共享内存，将这段创建的共享内存映射到具体的进程虚拟内存空间

创建共享内存

#include <sys/shm.h>
itn shmget(key_t key,size_t size,int shmflag);
//返回，成功返回内核中共享内存的表示iD，失败返回-1.

• 参数
  • key:用户指定的共享内存键值
  • size:共享内存大小
  • shmflg:IPC_CREAT,IPC_EXCL等权限组合
• erron
  • EINVAL(无效的内存段大小)
  • EEXIST(内存段已经存在，无法创建)
  • EIDRM(内存段已经被删除)
  • ENOENT(内存段不存在)
  • EACCES(权限不够)
  • ENOMEM(没有足够内存创建内存段)

共享内存控制

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

• 参数
  • shmid:共享内存ID
  • buf:共享内存属性指针
  • cmd
    • IPC_STAT 获取共享内存段属性
    • IPC_SET 设置共享内存段属性
    • IPC_RMID 删除共享内存段
    • SHM_LOCK 锁定共享内存段页面
    • SHM_UNLOCK 解锁锁定

共享内存映射和解除

#include<sys/shm.h>
void shmat(int shmid,char *shmaddr,int shmflg);
int shmdt(char  *shmaddr);
//失败返回-1

• 参数
  • shmid:共享内存ID
  • shmaddr:映射到进程虚拟内存空间的地址，系统自动分配
  • shmflg:弱shmaddr为0，shmflag也是0
    • SHM_RND
    • SHMLBA 地址为2的次方
    • SHM_RDONLY 只读方式连接
• errno
  • EINVAL 无效的IPC ID值或无效的地址
  • ENOMEM 没有足够的内存
  • EACCES 权限不够
• 子进程不继承父进程创建的共享内存，大家是共享的，子进程继承父进程映射的地址。

案例：
通过共享内存实现进程间通信

#include <sys/shm.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "tell.h"

int main(void)
{
    //创建共享内存
    int shmid;
    if((shmid=shmget(IPC_PRIVATE,1023,
                IPC_CREAT|IPC_EXCL|0777))<0)
    {
        perror("shmget error");
        exit(1);
    }

    pid_t pid;
    init();//初始化管道
    if((pid=fork())<0)
    {
        perror("fork error");
        exit(1);
    }else if(pid>0)
    {
        //parent process
        //进行共享内存的映射
        int *pi=(int*)shmat(shmid,0,0);
        if(pi==(int*)-1)
        {
            perror("shmat error");
            exit(1);
        }
        //往共享内存中写入数据
        *pi=100;
        *(pi+1)=200;
        //操作完毕，解除映射
        shmdt(pi);
        //通知子进程去读取数据
        notify_pipe();
        destory_pipe();
        wait(0);
    }else
    {
        //child process
        //子进程阻塞，都带父进程往共享内存写入数据
        wait_pipe();
        //子进程从共享内存中读取数据
        //子进程进行共享内存的映射
        int *pi=(int*)shmat(shmid,0,0);
        if(pi==(int*)-1)
        {
            perror("shmat error");
            exit(1);
        }
        printf("start:%d,end:%d\n",*pi,*(pi+1));
        //读取完毕解除映射
        shmdt(pi);
        //删除共享内存
        shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);

        destory_pipe();
        
    }
}