Linux 共享内存编程

共享内存允许系统内两个或多个进程共享同一块内存空间，并且数据不用在客户进程和服务器进程间复制，因此共享内存是通信速度最快的一种IPC。

实现的机制简单描述如下：一个进程在系统中申请开辟了一块共享内存空间，然后使用这个共享内存空间的各个进程分别打开这个共享内存空间，并将这个内存空间映射到自己的进程空间上，这样各个进程就可以共同使用这个共享内存空间，就如同使用自己进程地址空间的内存一样。

要实现共享内存空间，内核做了许多工作：比如给每个共享内存块分发一个“身份证”、允许用户进程将共享内存映射到各自的地址空间上、在进程提出申请以后将共享内存和进程地址空间脱离，并在适当的时候讲共享内存删除，让其回到可以被创建的状态。

用户利用共享内存实现进程间的通信，实际上就是使用内核提供的服务完成对共享内存的建立、映射、脱离、删除等。当建立并映射成功以后，进程间就能通过共享内存实现数据的交互。下面就分别介绍内核提供的服务：

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg)；

void *shmat(int shmid,const void* shmaddr,int shmflg);

int shmdt(const void* shmaddr);

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

 

shmget 函数

shmget 函数实现共享内存的建立或者打开。当共享内存的键值key 尚未存在时，调用这个函数并且指定shmflg 参数为IPC_CREAT 可以创建一个大小为 size 的共享内存空间。假设key指定的共享内存已经存在，调用这个函数可以打开这个共享内存，但不会创建。键值的获取可以利用 ftok()，该函数的使用在博主的另一篇文章里http://www.cnblogs.com/linzizhang/p/4544794.html中有介绍。

shmat 函数

该函数将一个共享内存空间映射到调用进程的地址空间上，并且返回在进程地址空间中的地址。用户拿到改地址后就可以通过这个地址间接的访问共享内存。shmid 参数就是shmget 函数的返回值，shmaddr 参数实际上是指出了共享内存映射到进程地址空间上的位置，但是我们一般不会指定这个地址，而是令其为NULL ,让内核选择一个合适的地址。shmflg 参数是配合着shmaddr 参数使用的，在shmaddr 为NULL时就变得没有实际意义，因此通常指定为0。

shmdt 函数

这个函数将一个进程已经映射了的共享内存脱离进程地址空间。shmaddr 参数就是在进程地址空间的地址，实际就是shmat 函数的返回值。

shmctl 函数

此函数实际上有很多的功能，但是我们通长用它将一个已经创建了的共享内存删除，所谓删除实际就是将它放回可以被创建的共享内存队列中。指定cmd 参数为IPC_RMID，就可以将shmid键值指定的共享内存删除，而buf实际上是可以获取这共享内存在内核中的状态，如果不想了解可以指定为0。

共享内存通信使用到的系统服务就这么多，下面给出一个测试范例。该范例由两个进程组成，进程write将键盘上输入的字符串存储到共享内存，read进程将共享内存中的数据读出来，再西融入显示器显示。

write进程代码：

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>

#define TEXT_SZ 2048

struct shared_use_st
{
    int written_by_you;
    char some_text[TEXT_SZ];      
};

int main(int argc,char **argv)
{
     
    key_t key;
    int shmid;  
    struct shared_use_st *space;
    int running  = 1;
    char buffer[TEXT_SZ];
    //creat shared memory
    key = ftok("/home/application/shared_memory",2);

    shmid = shmget(key,sizeof(struct shared_use_st),IPC_CREAT);

    //attach share memory to space
    space = (struct shared_use_st *)shmat(shmid,NULL,0);          

    //write datas to space
    while(running)
    {
        while(space->written_by_you==1)
        {
            sleep(1);    
        }
        printf("Input strings:");
        fgets(buffer,TEXT_SZ,stdin);
        strncpy(space->some_text,buffer,TEXT_SZ);
        space->written_by_you = 1;
        if(strncmp(buffer,"end",3)==0)
        {
            running = 0;    
        }
       
    }
    
    
    //dis_attach to space
    shmdt((const void *)space);
    //distroy shared memory
  //  shmctl(shmid,IPC_RMID);

    return 0;
}

read进程代码：

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>

#define TEXT_SZ 2048
struct shared_use_st
{
    int written_by_you;    //标志用来标明write进程是否写入了数据 written_by_you==1,写入数据，且read进程还没读走
    char some_text[TEXT_SZ];      
};

int main()
{
    key_t key;
    int shmid;
    struct shared_use_st *space;
    int running = 1;
    char buffer[TEXT_SZ];
    //打开共享内存
    key = ftok("/home/application/shared_memory",2);

    shmid = shmget(key,sizeof(struct shared_use_st),IPC_CREAT);
    
    //映射共享内存
    space = (struct shared_use_st *)shmat(shmid,NULL,0);    
    
    //读取数据
    while(running)
    {
        if(space->written_by_you==1)
        {
            strncpy(buffer,space->some_text,TEXT_SZ);
            space->written_by_you = 0;
            printf("Recieved string :%s",buffer);    
        }    
        if(strncmp(buffer,"end",3)==0)
        {
            running = 0;    
        }
        
    }
    
    //断开映射
    shmdt((const void *)space);
    
    //删除共享内存
    shmctl(shmid,IPC_RMID,0);
    
    return 0;
        
}