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共享内存
共享内存允许两个或多个进程共享物理内存的同一块区域，通常称为段。由于一个共享内存段会成为一个进程用户空间的一部分，因此这种 IPC 机制无需内核介入。
这种机制的速度更快，因为没有复制数据等过程。
- 调用 shmget() 创建一个新共享内存段或获取一个既有共享内存段的标识符。
- 使用 shmat() 来附上共享内存段，即使该段成为调用进程的虚拟内存的一部分。
- 调用 shmdt() 来分离共享内存段。在这个调用之后，进程就无法再引用这块共享内存了。
- 调用shmctl()来删除共享内存段。只有当当前所有附加内存段的进程都与之分离之后内存段才会销毁。只有一个进程需要执行这一步（也就是所有加内存段的进程都与之分离之后，只需一个进程进行删除即可）。
共享内存相关的函数
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
- 功能：创建一个新的共享内存段，或者获取一个既有的共享内存段的标识。
新创建的内存段中的数据都会被初始化为0
- 参数：
- key : key_t类型是一个整形，通过这个找到或者创建一个共享内存。
一般使用16进制表示，非0值
- size: 共享内存的大小
- shmflg: 属性
- 访问权限
- 附加属性：创建/判断共享内存是不是存在
- 创建：IPC_CREAT
- 判断共享内存是否存在： IPC_EXCL , 需要和IPC_CREAT一起使用
IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0664
- 返回值：
失败：-1 并设置错误号
成功：>0 返回共享内存的引用的ID，后面操作共享内存都是通过这个值。
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
- 功能：和当前的进程进行关联
- 参数：
- shmid : 共享内存的标识（ID）,由shmget返回值获取
- shmaddr: 申请的共享内存的起始地址，指定NULL，内核指定
- shmflg : 对共享内存的操作
- 读 ： SHM_RDONLY, 必须要有读权限
- 读写： 0
- 返回值：
成功：返回共享内存的首（起始）地址。 失败(void *) -1
int shmdt(const void *shmaddr);
- 功能：解除当前进程和共享内存的关联
- 参数：
shmaddr：共享内存的首地址
- 返回值：成功 0， 失败 -1
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
- 功能：对共享内存进行操作。删除共享内存，共享内存要删除才会消失，创建共享内存的进程被销毁了对共享内存是没有任何影响。
- 参数：
- shmid: 共享内存的ID
- cmd : 要做的操作
- IPC_STAT : 获取共享内存的当前的状态
- IPC_SET : 设置共享内存的状态
- IPC_RMID: 标记共享内存被销毁（因为可能有多个进程关联共享内存，所以只能标记，等所有进程全部解除与共享内存的关联后才会删除共享内存）
- buf：需要设置或者获取的共享内存的属性信息
- IPC_STAT : buf存储数据
- IPC_SET : buf中需要初始化数据，设置到内核中
- IPC_RMID : 没有用，NULL
代码举例
read_shm.c文件内容如下：
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>
int main() {
// 1.获取一个共享内存
int shmid = shmget(100, 0, IPC_CREAT);
printf("shmid : %d\n", shmid);
// 2.和当前进程进行关联
void * ptr = shmat(shmid, NULL, 0);
// 3.读数据
printf("%s\n", (char *)ptr);
printf("按任意键继续\n");
getchar();
// 4.解除关联
shmdt(ptr);
// 5.删除共享内存
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
return 0;
}
write_shm.c文件内容如下：
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>
int main() {
// 1.创建一个共享内存
int shmid = shmget(100, 4096, IPC_CREAT|0664);
printf("shmid : %d\n", shmid);
// 2.和当前进程进行关联
void * ptr = shmat(shmid, NULL, 0);
char * str = "helloworld";
// 3.写数据，+1是为了把字符串结束符也拷贝过去
memcpy(ptr, str, strlen(str) + 1);
printf("按任意键继续\n");
getchar();
// 4.解除关联
shmdt(ptr);
// 5.删除共享内存
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
return 0;
}
分别将两个文件编程成可执行文件后，先执行write_shm，再执行read_shm文件，结果如下：
共享内存操作命令
一般用ipcs -m查询共享内存的相关信息
ftok函数及补充知识点
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
- 功能：根据指定的路径名，和int值，生成一个共享内存的key
- 参数：
- pathname:指定一个存在的路径
/home/nowcoder/Linux/a.txt
/
- proj_id: int类型的值，但是这系统调用只会使用其中的1个字节
范围 ： 0-255 一般指定一个字符 'a'
问题1：操作系统如何知道一块共享内存被多少个进程关联？
- 共享内存维护了一个结构体struct shmid_ds 这个结构体中有一个成员 shm_nattch
- shm_nattach 记录了关联的进程个数
问题2：可不可以对共享内存进行多次删除 shmctl
- 可以的
- 因为shmctl 标记删除共享内存，不是直接删除
- 什么时候真正删除呢?
当和共享内存关联的进程数为0的时候，就真正被删除
- 当共享内存的key为0的时候，表示共享内存被标记删除了
如果一个进程和共享内存取消关联，那么这个进程就不能继续操作这个共享内存。也不能进行关联。
共享内存和内存映射的区别
1.共享内存可以直接创建，内存映射需要磁盘文件（匿名映射除外）
2.共享内存效果更高
3.内存
所有的进程操作的是同一块共享内存。
内存映射，每个进程在自己的虚拟地址空间中有一个独立的内存。
4.数据安全
- 进程突然退出
共享内存还存在
内存映射区消失
- 运行进程的电脑死机，宕机了
数据存在在共享内存中，没有了
内存映射区的数据 ，由于磁盘文件中的数据还在，所以内存映射区的数据还存在。
5.生命周期
- 内存映射区：进程退出，内存映射区销毁
- 共享内存：进程退出，共享内存还在，手动标记删除（所有的关联的进程数为0），或者关机。
如果一个进程退出，会自动和共享内存进行取消关联。