一，什么是共享内存

共享内存（Shared Memory），指两个或多个进程共享一个给定的存储区。进程可以将同一段共享内存连接到它们自己的地址空间中，所有进程都可以访问共享内存中的地址，就好像它们是由用C语言函数malloc分配的内存一样。而如果某个进程向共享内存写入数据，所做的改动将立即影响到可以访问同一段共享内存的任何其他进程。

个人理解：在物理内存上有一块空间，不同的进程通过页表将其映射到自己的虚拟地址空间，返回一个地址，通过这个地址可以访问到那一块内存空间，此内存空间为共享内存；

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二，原理

下图中红线表示不同进程将自己的地址空间映射到不同物理内存中，各自进行自己的任务，不同进程之间独立工作

不同进程通过共享内存进行通信：

在物理内存上开辟一块空间，称为共享内存；不同进程将这块共享内存连接到自己的地址空间；不同进程以各自地址空间的虚拟地址通过页表找到共享内存，通过向共享内存中写数据和读数据实现进程间通信。

三，共享内存的特点

以传送数据为目的，所有进程间通信中速度最快的一种方式（例：进程一向共享内存传送数据，进程二能够立马看见传送的数据，少了若干次拷贝），共享内存生命周期随内核，共享没有自带同步或互斥，由用户来维护共享内存
信号量+共享内存通常结合在一起使用，信号量用来同步对共享内存的访问。

四， 共享内存的操作

共享内存的创建：

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
//如果共享内存不存在，创建共享内存，如果存在就打开共享内存
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
//返回值：成功返回共享内存的标识符，失败返回-1

参数：共享内存的关键字key

共享内存的标识符，获取方法和消息队列 key的方法一致，也可认为key就是共享内存的名字

参数：共享内存的大小size：

由你自己指定，一般指定为4k的倍数（内存4k为一页）

参数：共享内存的访问权限shmflg

共享内存的权限，它与文件的访问权限一样
IPC_CREAT:创建新的共享内存。
IPC_EXCL:与IPC_CREAT一同使用，表示如果要创建的共享内存已经存在，则返回错误。 IPC_NOWAIT:读写共享内存要求无法满足时，不阻塞
0：如果是打开文件，即文件已存在，写0

共享内存的查看

命令： ipcs -m

共享内存的挂载

#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
//将共享内存链接到进程地址空间
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
//返回值：失败返回NULL,成功返回一个指针，为地址空间的虚拟地址，并且连接数加1（nattch）

参数：共享内存的标识符shmid

shmget的返回值

参数：指定连接进程地址空间的地址shmaddr

共享存储段连接到调用进程的哪个地址上与addr参数以及在flag中是否指定SHM_RND位有关
如果addr为0，则此段连接到由内核选择的第一个可用地址上。这是推荐的使用方式。
如果addr非0，并且没有指定SHM_RND，则此段连接到addr所指定的地址上。
如果addr非0,并且指定了SHM_ RND，则此段连接到（shmaddr -（shmaddr % SHMLBA））所表示的地址上。SHM_RND命令的意思是取整。SHMLBA的意思是低边界地址倍数，它总是2的乘方。该算式是将地址向下取最近1个SHMLBA的倍数。
注：除非只计划在一种硬件上运行应用程序（这在当今是不大可能的），否则不应指定共享段所连接到的地址。所以一般应指定addr为0，以便由内核选择地址

参数：共享内存的权限shmflg

shmflg = SHM_RDONLY，表示连接操作作用来只读共享内存

共享内存的卸载

#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
//将共享内存与当前连接进程脱离
int shmdt(const void* shmaddr)
//返回值：成功返回0,失败返回-1
//参数：由shmat返回的指针
//注意：将共享内存与进程脱离不等于删除共享内存

共享内存的控制

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
//shmctl系统调用对shmid标识的共享内存执行cmd操作
//返回值：成功返回0，失败返回-1
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

参数：共享内存的表示符shmid

shmget的返回值

参数：将要采取的操作cmd

选项 说明
IPC_STAT 把shmid_ds结构中的数据设置为共享内存的当前关联值
IPC_SET 在进程有足够权限的前提下，把共享内存的当前关联值设置为shmid_ds数 据结构中给出的值
IPC_RMID 删除共享内存

参数：保存共享内存的模式状态和访问权限的数据结构buf

共享内存的一些属性，填NULL

服务端客户端实例

comm.h

#ifndef __COMM_H__
#define __COMM_H__
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define PATHNAME "."
#define PROJ_ID 0x6666
int createShm(int size);//创建共享内存
int getShm(int size);//获取共享内存
int destoryShm(int shmid);//销毁共享内存
#endif

comm.c

#include "comm.h"
static int commShm(int size,int flags)//创建共享内存
{
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);
}
int getShm(int size)//获取共享内存
{
return commShm(size, IPC_CREAT);
}
int destoryShm(int shmid)//销毁共享内存
{
if(shmctl(shmid, IPC_RMID,NULL) < 0){
perror("shmctl");
return -3;
}
}

server.c

#include "comm.h"
int main()
{
int shmid = createShm(4096);//创建共享内存
char* addr = (char*)shmat(shmid,NULL,0);//将共享内存进行挂接
int i=0;
while(i++ < 26){
printf("client：%s\n",addr);
sleep(1);
}
shmdt(addr);//取挂接
sleep(1);
destoryShm(shmid);
return 0;
}

client.c

#include "comm.h"
int main()
{
int shmid = getShm(0);//创建共享内存
char* addr = (char*)shmat(shmid,NULL,0);//将共享内存进行挂接
int i = 0;
while(i < 26){
addr[i] = 'A';
i++;
addr[i] = 0;
sleep(1);
}
shmdt(addr);//取挂接
return 0;
}

Makefile

.PHONY:all
all:server client
server:server.c comm.c
gcc -o $@ $^
client:client.c comm.c
gcc -o $@ $^
.PHONY:clean
clean:
rm -f server client

效果：

五，总结

共享内存的优缺点

1、优点：我们可以看到使用共享内存进行进程间的通信真的是非常方便，而且函数的接口也简单，数据的共享还使进程间的数据不用传送，而是直接访问内存，也加快了程序的效率。同时，它也不像匿名管道那样要求通信的进程有一定的父子关系。

2、缺点：共享内存没有提供同步的机制，这使得我们在使用共享内存进行进程间通信时，往往要借助其他的手段来进行进程间的同步工作。