POSIX 共享内存（Shared Memory）是一种进程间通信（IPC）机制，它允许多个进程共享同一块内存区域。POSIX 共享内存提供了创建、映射、取消映射和销毁共享内存段的功能。下面详细介绍 POSIX 共享内存的概念、用途、API 以及示例代码。

 

概述

POSIX 共享内存提供了一种方法，使得多个进程可以共享内存中的数据。与 System V 共享内存不同，POSIX 共享内存更简单易用，并且更加现代。

特点

• 跨进程：多个进程可以共享同一块内存区域。
• 持久性：共享内存段可以持久化存储在文件系统中。
• 匿名和命名：POSIX 共享内存支持匿名共享内存和命名共享内存。
• 内存映射文件：POSIX 共享内存可以基于文件或匿名内存区域。

API

POSIX 共享内存主要由以下几个函数组成：

创建共享内存

• shm_open():

  • int shm_open(const char *name, int oflag, ... /* mode_t mode */): 创建或打开一个共享内存对象。
  • 参数name指定共享内存对象的名称，oflag指定打开模式，如O_CREAT表示创建新的共享内存对象，后面可以跟mode来设置权限。

• ftruncate():

  • int ftruncate(int fd, off_t length): 调整共享内存对象的大小。
  • 参数fd是共享内存对象的文件描述符，length是新的大小。

映射共享内存

• mmap():
  • void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset): 映射共享内存对象到进程地址空间。
  • 参数addr指定映射的起始地址，length是映射的长度，prot指定内存保护，flags指定映射的选项，如MAP_SHARED或MAP_PRIVATE，fd是共享内存对象的文件描述符，offset是文件中的偏移量。

取消映射共享内存

• munmap():
  • int munmap(void *addr, size_t length): 取消映射共享内存。
  • 参数addr是映射的起始地址，length是映射的长度。

删除共享内存

• shm_unlink():
  • int shm_unlink(const char *name): 删除共享内存对象。
  • 参数name是共享内存对象的名称。

示例代码

下面是一个简单的示例，展示了如何使用 POSIX 共享内存来在两个进程之间共享数据：

进程 A (processA.c)

1#include <fcntl.h>
2#include <sys/mman.h>
3#include <unistd.h>
4#include <stdio.h>
5#include <stdlib.h>
6#include <string.h>
7
8#define SHM_NAME "/my_shm"
9#define SHM_SIZE 1024
10
11int main() {
12    int shm_fd;
13    char *shm_ptr;
14
15    // 创建共享内存对象
16    shm_fd = shm_open(SHM_NAME, O_CREAT | O_RDWR, 0666);
17    if (shm_fd == -1) {
18        perror("shm_open");
19        exit(EXIT_FAILURE);
20    }
21
22    // 设置共享内存大小
23    if (ftruncate(shm_fd, SHM_SIZE) == -1) {
24        perror("ftruncate");
25        exit(EXIT_FAILURE);
26    }
27
28    // 映射共享内存到进程地址空间
29    shm_ptr = mmap(NULL, SHM_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
30    if (shm_ptr == MAP_FAILED) {
31        perror("mmap");
32        exit(EXIT_FAILURE);
33    }
34
35    // 写入数据
36    strncpy(shm_ptr, "Hello, World!", SHM_SIZE);
37
38    // 取消映射
39    if (munmap(shm_ptr, SHM_SIZE) == -1) {
40        perror("munmap");
41        exit(EXIT_FAILURE);
42    }
43
44    // 关闭文件描述符
45    if (close(shm_fd) == -1) {
46        perror("close");
47        exit(EXIT_FAILURE);
48    }
49
50    return 0;
51}

进程 B (processB.c)

1#include <fcntl.h>
2#include <sys/mman.h>
3#include <unistd.h>
4#include <stdio.h>
5#include <stdlib.h>
6#include <string.h>
7
8#define SHM_NAME "/my_shm"
9#define SHM_SIZE 1024
10
11int main() {
12    int shm_fd;
13    char *shm_ptr;
14
15    // 打开共享内存对象
16    shm_fd = shm_open(SHM_NAME, O_RDWR, 0);
17    if (shm_fd == -1) {
18        perror("shm_open");
19        exit(EXIT_FAILURE);
20    }
21
22    // 映射共享内存到进程地址空间
23    shm_ptr = mmap(NULL, SHM_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
24    if (shm_ptr == MAP_FAILED) {
25        perror("mmap");
26        exit(EXIT_FAILURE);
27    }
28
29    // 读取数据
30    printf("Data in shared memory: %s\n", shm_ptr);
31
32    // 取消映射
33    if (munmap(shm_ptr, SHM_SIZE) == -1) {
34        perror("munmap");
35        exit(EXIT_FAILURE);
36    }
37
38    // 关闭文件描述符
39    if (close(shm_fd) == -1) {
40        perror("close");
41        exit(EXIT_FAILURE);
42    }
43
44    // 删除共享内存对象
45    if (shm_unlink(SHM_NAME) == -1) {
46        perror("shm_unlink");
47        exit(EXIT_FAILURE);
48    }
49
50    return 0;
51}

编译和运行

为了编译上述代码，你可以使用以下命令：

1gcc -o processA processA.c
2gcc -o processB processB.c

然后运行这两个进程：

1./processA &
2./processB

注意事项

• 在使用 POSIX 共享内存之前，确保检查所有 API 调用的返回值，以确保操作成功。
• 当使用完共享内存后，记得取消映射并删除共享内存对象以释放资源。
• 如果共享内存对象不再需要，应使用 shm_unlink() 删除它，以避免占用不必要的系统资源。
• 在实际应用中，可能需要处理更复杂的错误情况，比如处理映射失败的情况。

POSIX 共享内存提供了一种简单而强大的机制来进行进程间的共享数据，非常适合那些需要快速访问共享数据的应用场景。理解和熟练掌握这些 API 对于开发可靠的多进程应用程序非常重要。