[Linux]共享内存

共享内存是UNIX提供的进程间通信手段中速度最快的一种，也是最快的IPC形式。为什么是最快的呢，因为数据不需要在客户进程和服务器进程之间复制，所以是最快的一种IPC。这是虚存中由多个进程共享的一个公共内存块。

两个不同进程A、B共享内存的意思是，同一块物理内存被映射到进程A、B各自的进程地址空间。进程A可以即时看到进程B对共享内存中数据的更新，反之亦然。

如果服务器进程正在将数据放入到共享存储区，则在它做完这一操作之前，客户进程不应当去取这些数据。通常信号量用于同步共享存储访问。

由于共享内存是通过映射到同一块物理内存后进行的通信，因此肯定需要映射到内存的函数和解除映射的函数，主要有以下几种

#define SHMAT       21//空间映射：把上面打开的内存区域连接到用户的进程空间中  
#define SHMDT       22//解除映射：将共享内存从当前进程中分离  
#define SHMGET      23//创建打开一个内存区域  
#define SHMCTL      24//内存区域的控制：包括初始化和删除内存区域。

注意：共享内存通信本身没有提供同步机制，如果同时被多个进程进行映射和写操作，会导致破坏该内存空间的内容。因此在实际应用过程中，需要通过其他的机制来同步对共享内存的访问。比如信号量。

内核为每个共享存储段维护着一个结构，该结构至少要为每个共享存储段包含以下成员：

struct shmid_ds 
{struct ipc_perm shm_perm; //ipc结构体size_t shm_segsz;  //请求的sizepid_t shm_lpid;   //0pid_t shm_cpid;   //创建者pidshmatt_t shm_nattch; //当前挂载数time_t shm_atime;  //0time_t shm_dtime; //0time_t shm_ctime;  //设置为当前时间
};

1.调用的第一个函数为shmget:

#include<sys/shm.h>
int shmget(key_t key,size_t size,int flag);
//key是创建共享内存id的唯一标识符，size为共享存储段的长度，以字节为单位，通常将其向上取为系统页长的整数倍。如果不是整页，则最后剩余部分是不可用的。flag表示相应的权限位。

2.shmctl函数对共享内存段执行多种操作

#include<sys/shm.h>
int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf);
//IPC_RMID:从系统中删除该共享存储段。

3.一旦创建了共享存储段，进程就可调用shmat将其连接到它的地址空间中。

void *shmat(int shmid,const void* addr,int flag);
//返回若成功，返回指向共享存储段的指针，出错返回-1
//如果成功执行，那么内核将使与该共享存储段相关的shmid_ds结构中的shm_nattch计数器值加1；当对共享存储段的操作已经结束时，则调用shmat与该段分离。这里并没有从系统中删除相关的数据结构，该标识符和ipc数据结构仍然存在。
int shmdt(const void* addr);  //为挂载时的addr
//如果调用成功，则使与该共享存储段相关的shmid_ds结构中的shm_nattch计数器值减1

具体代码实现：

//comm.h
#ifndef _COMM_H_
#define _COMM_H_
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>#define PATHNAME "."
#define PROJ_ID 0X6667int CreateShm(int size);
int GetShm(int size);int destroyShm(int shmid);#endif   //_COMM_H_

//comm.c
#include"comm.h"int CommShm(int size,int flags)
{key_t key = ftok(PATHNAME,PROJ_ID);if(key < 0){perror("ftok");return -1;}int shmid = shmget(key,size,flags); if(shmid < 0){perror("shmget");return -2;}return shmid;
}int CreateShm(int size)
{return CommShm(size,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
}
int GetShm(int size)
{return CommShm(size,IPC_CREAT);
}
int destroyShm(int shmid)
{if(shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL) < 0){perror("shmctl");return -1;}return 0;
}

//server.c
#include"comm.h"int main()
{int shmid = CreateShm(4096);
//  printf("hello server!\n");char *addr = shmat(shmid,NULL,0);if(addr == NULL){return 1;}int i = 0;char s = 'a';while(1){addr[i] = s;s++;}addr[i] = 0;sleep(4);shmdt(addr);printf("shm quit!\n");return 0;
}

//client.c
#include"comm.h"int main()
{int shmid = GetShm(4096);//printf("hello client!\n");char *addr = shmat(shmid,NULL,0);if(addr == NULL)return 2;printf("%s",addr);sleep(10);shmdt(addr);    printf("shm quit!\n");return 0;
}