linux进程间通信之System V共享内存详解及代码示例

共享内存是最快最为高效的进程间通信方式，当共享内存映射到共享它的某个进程的地址空间后，进程间的数据传递就不再牵扯到内核，进程可以直接读取内核，不需要通过内核系统调用进行数据拷贝。一般使用情况，从共享内存中写入或读取数据的进程间需要做同步，例如通过信号量，互斥锁去同步。

共享内存有System V 共享内存和Posix共享内存，本文介绍System V 共享内存。
System V共享内存头文件及相关函数原型：
#include <sys/shm.h>

int shmget(key_t key, size_t size, int oflag);
功能：创建一个新的共享内存区，或者访问一个已存在的共享内存区。
返回值：若成功返回共享内存区的标识符，若出错返回-1
参数：key是键值，可以是用ftok生成，也可以用IPC_PRIVATE; size是以字节为单位指定的内存区大小，当创建一个新的共享内存区时，需指定不为0的size值，并且初始化这些size字节为0，当使用一个已存在的共享内存区时，size值需为0; oflag是读写权限，还可以与IPC_CREAT或IPC_CREAT|IPC_EXCL按位或。


void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int flag);
功能：把由shmget创建的共享内存区映射到调用进程的地址空间。
返回值：若成功返回映射区的起始地址，若出错返回-1。
参数：shmid是由shmget返回的标识符；shmaddr是指定地址指针，如果是一个空指针，系统会自动分配地址，这是可移植性最好用法，是推荐用法，如果shmaddr是一个非空指针，返回的映射区地址取决于第三个参数flag是否指定了SHM_RND,如果没有指定SHM_RND,映射地址附接到由 shmaddr参数指定的地址，如果指定了SHM_RND,映射地址附接到由shmaddr参数指定的地址向下舍一个SHMLBA常值；flag默认为0表示可读写，若为SHM_RDONLY表示只读访问。

int shmdt(const void *shmaddr);
功能：关闭这个共享内存区映射，当进程终止时，共享内存映射会自动关闭，但并不是删除，可以通过shmctl函数的IPC_RMID命令删除。
返回值：成功返回0，出错返回-1

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
功能：操作共享内存区
返回值：成功返回0，出错返回-1。
参数： cmd参数有三个命令，IPC_RMID从系统中删除shmid标示的共享内存区，IPC_SET给所指定的共享内存区设置shmid_ds结构的三个成员shm_perm.uid,shm_perm.gid和shm_perm.mode,这三个成员的值来自buf参数指向的结构中的对应成员,IPC_STAT是从共享内存区取出shmid_ds结构并保存在参数buf结构。

 

一般的编程步骤如下：
1. 创建共享内存：
     通过函数shmget()创建共享内存
2. 映射共享内存：
     通过函数shmget()把创建的共享内存映射到进程
3. 使用共享内存：
4. 撤销共享内存映射
     函数shmdt()
5. 删除共享内存映射：
     函数shmctl()

 

代码举例shm_test.c: 父进程从终端读取数据放到共享内存，子进程从共享内存读取数据显示到终端

1. #include <stdio.h>
2. #include <stdlib.h>
3. #include <string.h>
4. #include <sys/types.h>
5. #include <sys/ipc.h>
6. #include <sys/shm.h>
8. #define BUFFER_SIZE 1024
10. int main() {
11.     pid_t pid;
12.     int shmid;
13.     char *shm_addr;
14.     char flag[]="Parent";
15.     char buff[BUFFER_SIZE];
16. //    创建当前进程的私有共享内存
17.     if ((shmid=shmget(IPC_PRIVATE,BUFFER_SIZE,0666))<0) {
18.         perror("shmget");
19.         exit(1);
20.     } else 
21.         printf("Create shared memory: %d.\n",shmid);
23. //    ipcs 命令往标准输出写入一些关于活动进程间通信设施的信息
24. //    -m 表示共享内存
25.     printf("Created shared memory status:\n");
26.     system("ipcs -m");
28.     if((pid=fork())<0) {
29.         perror("fork");
30.         exit(1);
31.     }else if (pid==0) {
32. //    自动分配共享内存映射地址，为可读可写，映射地址返回给shm_addr
33.         if ((shm_addr=shmat(shmid,0,0))==(void*)-1) {
34.             perror("Child:shmat");
35.             exit(1);
36.         }else
37.             printf("Child: Attach shared-memory: %p.\n",shm_addr);
39.         printf("Child Attach shared memory status:\n");
40.         system("ipcs -m");
41. //    比较shm_addr,flag的长度为strlen(flag)的字符
42. //    当其内容相同时，返回0
43. //    否则返回（str1[n]-str2[n]）
44.         while (strncmp(shm_addr,flag,strlen(flag))) {
45.             printf("Child: Waiting for data...\n");
46.             sleep(10);
47.         }
49.         strcpy(buff,shm_addr+strlen(flag));
50.         printf("Child: Shared-memory: %s\n",buff);
51. //    删除子进程的共享内存映射地址
52.         if (shmdt(shm_addr)<0) {
53.             perror("Child:shmdt");
54.             exit(1);
55.         }else
56.             printf("Child: Deattach shared-memory.\n");
58.         printf("Child Deattach shared memory status:\n");
59.         system("ipcs -m");
61.     }else{
62.         sleep(1);
63. //    自动分配共享内存映射地址，为可读可写，映射地址返回给shm_addr
64.         if ((shm_addr=shmat(shmid,0,0))==(void*)-1) {
65.             perror("Parent:shmat");
66.             exit(1);
67.         }else
68.             printf("Parent: Attach shared-memory: %p.\n",shm_addr);
70.         printf("Parent Attach shared memory status:\n");
71.         system("ipcs -m");
72. //    shm_addr为flag+stdin
73.         sleep(1);
74.         printf("\nInput string:\n");
75.         fgets(buff,BUFFER_SIZE-strlen(flag),stdin);
76.               strncpy(shm_addr,flag,strlen(flag));
77.         strncpy(shm_addr+strlen(flag),buff,strlen(buff));
78. //    删除父进程的共享内存映射地址
79.         if (shmdt(shm_addr)<0) {
80.             perror("Parent:shmdt");
81.             exit(1);
82.         }else
83.             printf("Parent: Deattach shared-memory.\n");
85.         printf("Parent Deattach shared memory status:\n");
86.         system("ipcs -m");
87. //    保证父进程在删除共享内存前，子进程能读到共享内存的内容        
88.         waitpid(pid,NULL,0);
89. //    删除共享内存
90.         if (shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL)==-1) {
91.             perror("shmct:IPC_RMID");
92.             exit(1);
93.         }else
94.             printf("Delete shared-memory.\n");
96.         printf("Child Delete shared memory status:\n");
97.         system("ipcs -m");
99.         printf("Finished!\n");
100.     }
101.     
102.     exit(0);
103. }

复制代码

运行结果：
$ ./a.out
Create shared memory: 65536.
Created shared memory status:

------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status
0x00000000 65536      dongxw     666        2048       0

Child: Attach shared-memory: 0x7fc3519fe000.
Child Attach shared memory status:

------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status
0x00000000 65536      dongxw     666        2048       1

Child: Waiting for data...
Parent: Attach shared-memory: 0x7fc3519fe000.
Parent Attach shared memory status:

------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status
0x00000000 65536      dongxw     666        2048       2


Input string:
Child: Waiting for data...
Child: Waiting for data...
this is data
Parent: Deattach shared-memory.
Parent Deattach shared memory status:

------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status
0x00000000 65536      dongxw     666        2048       1

Child: Shared-memory: this is data

Child: Deattach shared-memory.
Child Deattach shared memory status:

------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status
0x00000000 65536      dongxw     666        2048       0

Delete shared-memory.
Child Delete shared memory status:

------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status

Finished!


可以看到红色标注从终端输入的数据“this is data”, 父进程读取写入共享内存区，子进程从共享内存读取再显示到终端红色标注“Child:Shared-memory:this is data”