[Linux](13)system V 共享内存

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system V 共享内存

system V 共享内存

共享内存的原理很简单，取物理内存的一块空间，将它通过页表映射到多个进程的共享区，这样多个进程就可以看到同一块物理内存了，这块内存就叫做共享内存。

基本操作：

创建共享内存
删除共享内存
关联共享内存
去关联共享内存

创建共享内存

shmget 函数

分配共享内存

NAME
       shmget - allocates a System V shared memory segment

SYNOPSIS
       #include 
       #include 

       int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
// 返回值：成功：返回有效的共享内存标识符。错误：返回-1，并设置errno以指示错误。
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key：共享内存的唯一值，自己通过函数ftok设置

NAME
       ftok - convert a pathname and a project identifier to a System V IPC key

SYNOPSIS
       #include 
       #include 

       key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
// 返回值：成功：返回生成的key_t值，失败：返回-1
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size：指定大小(byte)，建议设置为页(PAGE_SIZE = 4KB)的整数倍
shmflg：用于区分共享内存已经存在和不存在时的做法，其有两个选项
- IPC_CREAT：共享内存如果已经存在，就获取之，如果不存在，就创建之
- IPC_EXCL：与 IPC_CREAT 配合使用，如果不存在指定的共享内存，创建之，如果存在，出错返回。该选项可以保证如果shmget函数调用成功，则一定创建了一个全新的共享内存。
- 此参数还可以直接按位或一个八进制来指定权限

注意：system V 下的共享内存，生命周期是随内核的，创建的共享内存在进程退出后依然存在。

例子：

Comm.hpp

包含各种头文件，创建key的相关设置

#pragma once

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

#define PATH_NAME "/home/CegghnnoR/code"
#define PROJ_ID 0x18
#define MEM_SIZE 4096

key_t CreateKey()
{
    key_t key = ftok(PATH_NAME, PROJ_ID);
    if (key < 0)
    {
        cerr << strerror(errno) << endl;
        exit(1);
    }
    return key;
}
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Log.hpp

设置输出格式

#pragma once

#include 
#include 
using namespace std;

ostream& Log()
{
    cout << "For Debug | " << "timestamp: " << (uint64_t)time(nullptr) << "| ";
    return cout;
}
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IpcShmSer

服务端代码，创建共享内存

#include "Comm.hpp"
#include "Log.hpp"

// 表示创建全新的共享内存
const int flags = IPC_CREAT | IPC_EXCL;
int main()
{
    key_t key = CreateKey();
    Log() << "key:" << key << endl;
    int shmid = shmget(key, MEM_SIZE, flags);
    if (shmid < 0)
    {
        Log() << "shmget: " << strerror(errno) << "\n";
        return 2;
    }

    Log() << "create shm success, shmid: " << shmid << "\n";

    return 0;
}
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实验结果：

[CegghnnoR@VM-4-13-centos 2022_11_4]$ ./IpcShmSer
For Debug | timestamp: 1667631442| key:402719453
For Debug | timestamp: 1667631442| create shm success, shmid: 1
[CegghnnoR@VM-4-13-centos 2022_11_4]$ ./IpcShmSer
For Debug | timestamp: 1667631551| key:402719453
For Debug | timestamp: 1667631551| shmget: File exists
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第一次运行可以成功创建共享内存，进程退出后再运行一次，发现创建失败了，说明第一次运行后，原来的共享内存依然存在。

查看共享内存列表

使用 ipcs -m 命令可以查看当前已创建的共享内存

[CegghnnoR@VM-4-13-centos 2022_11_4]$ ipcs -m

------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status      
0x00005feb 0          root       666        12000      1                       
0x180102dd 1          CegghnnoR  0          4096       0                       
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其中 perms 为访问权限，nattch 表示与此共享内存关联的进程数。

删除共享内存

指令删除

ipcrm -m [shmid]用于删除共享内存

[CegghnnoR@VM-4-13-centos 2022_11_4]$ ipcrm -m 1
[CegghnnoR@VM-4-13-centos 2022_11_4]$ ipcs -m

------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status      
0x00005feb 0          root       666        12000      1    
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系统调用接口删除

NAME
       shmctl - System V shared memory control

SYNOPSIS
       #include 
       #include 

       int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
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仅仅作删除共享内存使用，指定相应的 shmid，cmd 指定为 IPC_RMID，buf 指定为 nullptr

关联与去关联共享内存

NAME
       shmat, shmdt - System V shared memory operations

SYNOPSIS
       #include 
       #include 

       void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
// 返回值：成功：返回附加的共享内存段的地址；失败：返回(void*)-1，并设置errno以指示错误的原因。
       int shmdt(const void *shmaddr);
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shmat

shmid 指定你要关联的共享内存，shmaddr 我们设为 nullptr，shmflg 设为 0
共享内存的使用，和直接用malloc出来的空间的使用相似（除了free）。

shmdt

去关联共享内存，其参数 shmaddr 就是 shmat 的返回值

服务端：

    // 关联共享内存
    char* str = (char*)shmat(shmid, nullptr, 0);
    Log() << "attach shm: " << shmid << " success\n";

    // 使用...

    // 去关联
    shmdt(str);
    Log() << "detach shm: " << shmid << " success\n";
    // 删除共享内存
    shmctl(shmid, IPC_RMID, nullptr);
    Log() << "delete shm: " << shmid << " success\n";
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客户端：

服务端创建的共享内存服务端删除，客户端不用删

    // 关联
    char* str = (char*)shmat(shmid, nullptr, 0);
    // 使用...

    // 去关联
    shmdt(str);
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使用共享内存

共享内存的使用非常简单，shmat 返回的地址就是共享内存的地址，我们可以直接使用指针访问块空间，且由于连个进程共享这一块空间，所以其中一方写，另一方立刻就能看到。

完整代码：

Comm.hpp

#pragma once

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

#define PATH_NAME "/home/CegghnnoR/code"
#define PROJ_ID 0x18
#define MEM_SIZE 4096

key_t CreateKey()
{
    key_t key = ftok(PATH_NAME, PROJ_ID);
    if (key < 0)
    {
        cerr << strerror(errno) << endl;
        exit(1);
    }
    return key;
}
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Log.hpp

#pragma once

#include 
#include 
using namespace std;

ostream& Log()
{
    cout << "For Debug | " << "timestamp: " << (uint64_t)time(nullptr) << "| ";
    return cout;
}
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IpcShmSer.cpp

循环读取共享内存中的字符串

#include "Comm.hpp"
#include "Log.hpp"

// 表示创建全新的共享内存
const int flags = IPC_CREAT | IPC_EXCL;
int main()
{
    key_t key = CreateKey();
    Log() << "key:" << key << endl;
    int shmid = shmget(key, MEM_SIZE, flags | 0666);
    if (shmid < 0)
    {
        Log() << "shmget: " << strerror(errno) << "\n";
        return 2;
    }

    Log() << "create shm success, shmid: " << shmid << "\n";

    // 关联共享内存
    char* str = (char*)shmat(shmid, nullptr, 0);
    Log() << "attach shm: " << shmid << " success\n";

    // 使用...
    while (true)
    {
        printf("%s\n", str);
        sleep(1);
    }

    // 去关联
    shmdt(str);
    Log() << "detach shm: " << shmid << " success\n";
    // 删除共享内存
    shmctl(shmid, IPC_RMID, nullptr);
    Log() << "delete shm: " << shmid << " success\n";

    return 0;
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IpcShmCli.cpp

向共享内存写入ABCD…

#include "Comm.hpp"
#include "Log.hpp"

int main()
{
    // 获取相同的key值
    key_t key = CreateKey();
    Log() << "key:" << key << endl;
    // 获取共享内存
    int shmid = shmget(key, MEM_SIZE, IPC_CREAT);
    if (shmid < 0)
    {
        Log() << "shmget: " << strerror(errno) << "\n";
        return 2;
    }
    // 关联
    char* str = (char*)shmat(shmid, nullptr, 0);
    // 使用...
    int cnt = 0;
    while (cnt <= 26)
    {
        str[cnt] = 'A' + cnt;
        ++cnt;
        str[cnt] = '\0';
        sleep(1);
    }
    // 去关联
    shmdt(str);

    return 0;
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运行结果：

gongxiangneicun

从结果也很容易发现，共享内存没有任何访问控制，即读端会直接读取，不管共享内存中有没有数据，一切都是原生的指针访问。

共享内存，是所有进程间通信渠道中，速度最快的，但是不安全。

概念：

能够被多个进程所访问的资源被称为临界资源
如果对临界资源没有进行任何保护，在对临界资源进行访问的时候，就是乱序的，可能会因为读写交叉导致各种乱码、废弃数据等访问控制方面的问题。
对多个进程而言，访问临界资源的代码被称为临界区

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原文地址：https://blog.csdn.net/CegghnnoR/article/details/127716260