Linux——共享内存

目录

一、共享内存概念

 二、共享内存的一些函数

2.1 shmget 创建共享内存

2.2 shmat 访问共享内存 

2.3 shmdt 解除共享内存的映射

2.4 shnctl 删除共享内存段

三、共享内存 

3.1 创建测试进程

3.2 使用循环测试

​编辑

3.3 共享内存写入程序

3.4 带有信号量的共享内存 

一、共享内存概念

共享内存是一种进程间通信的方式，允许多个进程访问和操作同一块内存区域。这样的内存区域被所有共享它的进程所拥有，进程可以将数据写入共享内存区域，也可以从中读取数据。共享内存在提高进程通信效率和降低开销方面具有优势，但也需要进行同步和互斥操作以避免数据竞争和冲突。

共享内存通常适用于需要高效地在进程间传递大量数据的场景，比如多个进程需要共享大型数据结构、图形图像处理或多媒体应用等。在使用共享内存时，需要注意管理内存的权限、同步访问和处理异常情况等问题，以确保数据的一致性和安全性。

 二、共享内存的一些函数

2.1 shmget 创建共享内存

它的函数原型如下：

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

参数含义：

1. key： 用于标识共享内存段的键值，不同的进程使用相同的 key 值可以获取到同一个共享内存
2. size： 创建共享内存时，指定要申请的共享内存空间大小
3. shmflg: 用于指定创建共享内存段的访问权限和其他标志，比如权限位和内存段的创建方式等。常见的标志包括IPC_CREAT（如果不存在则创建共享内存段）和 IPC_EXCL（如果存在则返回错误）。
shmget() 成功则返回共享内存的 ID， 失败返回-1 
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<sys/shm.h>int main()
{int shmid = shmget((key_t)2345,128,IPC_CREAT|0600);if(shmid == -1){exit(1);}}

2.2 shmat 访问共享内存 

函数shmat()用于将共享内存段附加到调用进程的地址空间，并返回一个指向共享内存段起始地址的指针。

它的函数原型如下：

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

参数含义：

  1. shmid: 表示要附加的共享内存段的标识符，通常是由shmget()函数返回的共享内存标识符。

  2. shmaddr: 指定共享内存段连接到调用进程地址空间的地址。一般设置为 NULL，由系统自动选择映射的虚拟地址空间

  3. shmflg: 用以指定附加共享内存段的附加方式。常见的标志包括SHM_RDONLY（只读方式附加共享内存段）和 SHM_RND（指示共享内存段将在系统限定的地址范围内附加）。 一般给 0， 可以给 SHM_RDONLY 为只读模式，其他的为读写

返回值：

       函数的返回值是一个指针，指向共享内存段的起始地址。  shmat()成功则返回共享内存的首地址，失败返回 NULL 
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<sys/shm.h>int main()
{int shmid = shmget((key_t)2345,128,IPC_CREAT|0600);if(shmid == -1){exit(1);}char* s=(char*)shmat(shmid,NULL,0);if(s==(char*)-1){exit(1);}strcpy(s,"hello");shmdt(s);}

2.3 shmdt 解除共享内存的映射

当进程不再需要访问共享内存时，需要使用 shmdt 函数将共享内存段从进程地址空间中解除映射。其函数原型如下：

int shmdt(const void *shmaddr);
参数含义：
  1. shmaddr: 表示要分离的共享内存段的起始地址。通常是由shmat()函数返回的指针，指向共享内存段的起始位置。

返回值：

        当成功分离共享内存段时，函数返回0。如果出现错误，函数会返回-1，并且可以通过检查errno变量来获取错误信息。

2.4 shnctl 删除共享内存段

函数shmctl()用于控制共享内存段的属性

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

参数含义：

  1. shmid: 共享内存段的标识符，通常由shmget()函数返回。

  2. cmd: 控制命令，指定对共享内存段执行的操作类型。常见的命令有：

    • IPC_STAT: 获取共享内存段的状态信息，并将其存储在buf指向的shmid_ds结构体中。
    • IPC_SET: 设置共享内存段的权限模式，需要提供buf指向的shmid_ds结构体。
    • IPC_RMID: 从系统中删除共享内存段，同时释放其占用的资源。

  3. buf: 指向一个shmid_ds结构体的指针，用于存储或传递共享内存段的状态信息或权限设置。

返回值：

        函数成功执行时返回0，否则返回-1，并通过设置errno变量来指示错误类型。

三、共享内存 

3.1 创建测试进程

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<sys/shm.h>int main()
{int shmid = shmget((key_t)2345,128,IPC_CREAT|0600);if(shmid == -1){exit(1);}char* s=(char*)shmat(shmid,NULL,0);if(s==(char*)-1){exit(1);}printf("s=%s\n",s);// 打印共享内存的地址shmdt(s);}

运行结果：

3.2 使用循环测试

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<sys/shm.h>int main()
{int shmid = shmget((key_t)2345,128,IPC_CREAT|0600);if(shmid == -1){exit(1);}char* s=(char*)shmat(shmid,NULL,0);if(s==(char*)-1){exit(1);}while(1){if(strncmp(s,"end",3) == 0){break;}printf("s=%s\n",s);sleep(1);}shmdt(s);}

3.3 共享内存写入程序

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<sys/shm.h>int main()
{int shmid = shmget((key_t)2345,128,IPC_CREAT|0600);if(shmid == -1){exit(1);}char* s=(char*)shmat(shmid,NULL,0);if(s==(char*)-1){exit(1);}while(1){printf("input\n");char buff[128]={0};fgets(buff,128,stdin);strcpy(s,buff);if( strncmp(buff,"end",3) == 0){break;}}shmdt(s);
}

3.4 带有信号量的共享内存 

首先要创建两个信号量，一个设为0，另一个设为1。

头文件代码sem.h

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<sys/sem.h>enum INDEX{SEM1=0,SEM2};union semun
{int val;
};void sem_init();//创建并初始化信号量
void sem_p(int index);
void sem_v(int index);
void sem_destroy();

sem.c代码

#include"sem.h"static int semid=-1;void sem_init()//创建并初始化信号量
{semid=semget((key_t)1234,2,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0600);if(semid==-1){semid=semget((key_t)1234,2,0600);if(semid==-1){printf("semget err\n");}}else{int arr[2]={1,0};for(int i=0;i<2;i++){union semun a;a.val=arr[i];if(semctl(semid,i,SETVAL,a)==-1){printf("semctl init err\n");}}}
}void sem_p(int index)
{struct sembuf buf;buf.sem_num=index;buf.sem_op=-1;//pbuf.sem_flg=SEM_UNDO;if(semop(semid,&buf,1) == -1){printf("op p err\n");}
}void sem_v(int index)
{struct sembuf buf;buf.sem_num=index;buf.sem_op=1;//vbuf.sem_flg=SEM_UNDO;if(semop(semid,&buf,1) == -1){printf("op v err\n");}
}void sem_destroy()
{if(semctl(semid,0,IPC_RMID) == -1){printf("semctl del\n");}
}

使用信号量的main.c代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<sys/shm.h>
#include"sem.h"int main()
{int shmid = shmget((key_t)2345,128,IPC_CREAT|0600);if(shmid == -1){exit(1);}char* s=(char*)shmat(shmid,NULL,0);if(s==(char*)-1){exit(1);}sem_init();//创建 初始化while(1){printf("input\n");char buff[128]={0};fgets(buff,128,stdin);sem_p(SEM1);//p  s1strcpy(s,buff);sem_v(SEM2);//v  s2if( strncmp(buff,"end",3) == 0){break;}}shmdt(s);
}

测试代码test.c

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<sys/shm.h>
#include"sem.h"int main()
{int shmid = shmget((key_t)2345,128,IPC_CREAT|0600);if(shmid == -1){exit(1);}char* s=(char*)shmat(shmid,NULL,0);if(s==(char*)-1){exit(1);}sem_init();while(1){sem_p(SEM2);if(strncmp(s,"end",3) == 0){break;}printf("s=%s\n",s);sem_v(SEM1);}shmdt(s);sem_destroy();exit(0);
}

运行结果：

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