一摔桦、共享內(nèi)存是什么

在Linux系統(tǒng)中，共享內(nèi)存是一種IPC（進程間通信）方式承疲，它可以讓多個進程在物理內(nèi)存中共享一段內(nèi)存區(qū)域邻耕。

這種共享內(nèi)存區(qū)域被映射到多個進程的虛擬地址空間中，使得多個進程可以直接訪問同一段物理內(nèi)存區(qū)域中的數(shù)據(jù)燕鸽，從而實現(xiàn)進程間的高速數(shù)據(jù)交換和通信兄世。

二、共享內(nèi)存的原理

共享內(nèi)存基于內(nèi)核的支持啊研。在共享內(nèi)存中御滩，內(nèi)核維護了一塊物理內(nèi)存區(qū)域，并將其映射到多個進程的虛擬地址空間中党远。每個進程都可以使用指針來訪問共享內(nèi)存區(qū)域中的數(shù)據(jù)削解，就像它們訪問自己的內(nèi)存一樣。

<img src="https://s2.loli.net/2023/03/18/MpBHsE23jhbCkw1.png" alt="使用共享內(nèi)存示例" style="zoom: 25%;" />

三沟娱、共享內(nèi)存的使用方法

相關函數(shù)介紹

shmget函數(shù)

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

用于創(chuàng)建或打開一個共享內(nèi)存區(qū)段氛驮，具體參數(shù)如下：

函數(shù)返回值為共享內(nèi)存區(qū)段的標識符 shmid蓖扑，用于標識已創(chuàng)建或已打開的共享內(nèi)存區(qū)段。

shmat函數(shù)

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

用于將共享內(nèi)存區(qū)段連接到當前進程的地址空間台舱，具體參數(shù)如下：

函數(shù)返回值為共享內(nèi)存區(qū)段連接到當前進程地址空間的起始地址，即指向共享內(nèi)存區(qū)段的指針胰挑。

shmdt函數(shù)

int shmdt(const void *shmaddr);

用于斷開進程與共享內(nèi)存區(qū)段的連接蔓罚，具體參數(shù)如下：

函數(shù)返回值為 0 表示成功瞻颂，-1 表示失敗豺谈。

shmctl函數(shù)

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

用于控制共享內(nèi)存區(qū)段的行為，如刪除贡这、獲取茬末、設置共享內(nèi)存區(qū)段的屬性等，具體參數(shù)如下：

常用的cmd參數(shù)包括：

• IPC_STAT：獲取共享內(nèi)存的狀態(tài)信息湃望，并將該信息存儲在buf參數(shù)指向的結(jié)構(gòu)體中换衬。
• IPC_SET：設置共享內(nèi)存的狀態(tài)信息，buf參數(shù)指向要設置的新值证芭。
• IPC_RMID：刪除共享內(nèi)存瞳浦。

函數(shù)返回值為操作成功返回 0，失敗返回 -1废士。

實例演示

以下是一個示例代碼叫潦，其中一個程序用于寫入共享內(nèi)存，另一個程序用于讀取共享內(nèi)存官硝。

寫入程序

/* write.c */

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

#define SHM_SIZE 1024

int main()
{
    int shmid;
    char *shmaddr;
    char write_buf[SHM_SIZE];

    // 創(chuàng)建共享內(nèi)存段
    shmid = shmget((key_t)1234, SHM_SIZE, 0666|IPC_CREAT);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 將共享內(nèi)存段連接到當前進程
    shmaddr = (char*)shmat(shmid, 0, 0);
    if (shmaddr == (void*)-1) {
        perror("shmat failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 從標準輸入讀取數(shù)據(jù)并將其寫入共享內(nèi)存
    while(1) {
        fgets(write_buf, SHM_SIZE, stdin);
        strncpy(shmaddr, write_buf, SHM_SIZE);
        if (strncmp(write_buf, "exit", 4) == 0) {
            break;
        }
    }

    // 斷開共享內(nèi)存連接
    if (shmdt(shmaddr) == -1) {
        perror("shmdt failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 刪除共享內(nèi)存段
    if (shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) == -1) {
        perror("shmctl failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    printf("write exit\n");

    return 0;
}

讀取程序

/* read.c */

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

#define SHM_SIZE 1024

int main()
{
    int shmid;
    char *shmaddr;
    char read_buf[SHM_SIZE];

    // 獲取共享內(nèi)存段
    shmid = shmget((key_t)1234, SHM_SIZE, 0666|IPC_CREAT);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 將共享內(nèi)存段連接到當前進程
    shmaddr = (char*)shmat(shmid, 0, 0);
    if (shmaddr == (void*)-1) {
        perror("shmat failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 從共享內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)并輸出到標準輸出
    while(1) {
        strncpy(read_buf, shmaddr, SHM_SIZE);
        printf("Received message: %s\n", read_buf);
        if (strncmp(read_buf, "exit", 4) == 0) {
            printf("Received exit\n");
            break;
        }
        sleep(1);
    }

    // 斷開共享內(nèi)存連接
    if (shmdt(shmaddr) == -1) {
        perror("shmdt failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("read exit\n");
    
    return 0;
}

• 編譯這兩個程序

gcc -o write write.c
gcc -o read read.c

在一個終端窗口中運行write, 輸入消息诅挑，在另一個終端窗口中運行read，查看消息泛源。

要退出程序拔妥，則在運行write的終端窗口中鍵入"exit"，效果如下：

共享內(nèi)存讀寫

四达箍、 共享內(nèi)存的注意事項

• 使用共享內(nèi)存需要注意以下幾點：

1. 同步問題：由于多個進程可以同時訪問共享內(nèi)存没龙，因此必須要使用同步機制來保證數(shù)據(jù)的一致性和正確性。
2. 內(nèi)存泄漏：如果一個進程崩潰或者沒有及時解除共享內(nèi)存映射，就有可能導致內(nèi)存泄漏的問題硬纤。
3. 安全問題：共享內(nèi)存是多個進程共享的解滓，因此必須要注意數(shù)據(jù)的安全性和隱私性，避免敏感數(shù)據(jù)泄露筝家。

五洼裤、 共享內(nèi)存的使用技巧

• 以下是一些共享內(nèi)存的使用技巧：

1. 分配內(nèi)存時使用 shmget() 系統(tǒng)調(diào)用中的 IPC_PRIVATE 標記，可以確保共享內(nèi)存的鍵值在系統(tǒng)中是唯一的溪王，避免沖突和安全問題腮鞍。
2. 在讀寫共享內(nèi)存之前，使用信號量或互斥鎖等同步機制來保證數(shù)據(jù)的一致性和正確性莹菱。
3. 在使用共享內(nèi)存時移国，可以將共享內(nèi)存區(qū)域按照固定大小進行分塊，避免多個進程同時訪問同一塊內(nèi)存區(qū)域的沖突道伟。

小結(jié)

共享內(nèi)存是一種高效迹缀、靈活、方便的進程間通信方式蜜徽，可以用于在多個進程之間共享大量數(shù)據(jù)祝懂。

使用共享內(nèi)存需要注意同步、安全和內(nèi)存泄漏等問題拘鞋，可以使用信號量嫂易、互斥鎖等同步機制來保證數(shù)據(jù)的正確性。

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