系统编程 day13 (linux) 共享内存的知识 与函数的运用

1.共享内存

1.共享内存是一种最为高效的进程间通信方式。因为进程可以直接读写内存，而无须创建任何形式的载体即可完成数据的传递。共享内存的通信原理，与进程的虚拟地址空间映射息息相关。共享内存就是内存共享。多个进程通过访问同一块内存区域，来实现数据的交互。

2.一般情况下，每个进程都享有自己的独立的虚拟内存空间，因此不同的进程所映射的物理内存也不相同。而共享内存的通信原理，则刚好是将一块实际的物理内存空间，分别映射到不同进程的虚拟地址空间上，这样进程只需要关注映射属于自己的虚拟地址即可，其访问的空间则为同一块空间。

3.这样的操作虽然很高效，但也有缺陷。因为多个进程同时访问同一共享的资源，则会产生竞态，从而导致数据的不确定性。这一点与多线程通信是一样的。因此共享内存这种通信机制基本不能单独使用，而是需要结合一定的同步互斥机制，保证数据的访问不会出现问题。共享内存的通信原理如图所示。

 

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2.共享内存实现步骤

共享内存的实现很简单，

第一步，需要获得一块共享内存段；

第二步，将创建的共享内存段映射到不同的进程空间上，便可直接访问；

第三步，如果当前进程不需要访问该共享区域，则选择进行断开映射处理；

第四步，当不需要使用共享内存时，则选择释放共享内存段。

要使用共享内存，应该有如下步骤：

1.开辟一块共享内存 shmget() //创建或打开共享内存段。

2.将共享内存段映射到进程的虚拟地址空间上。 shmat()

3.写入/读出strcpy(),strncpy(),memcpy()

4.解除本进程使用这块共享内存映射shmdt()

5.删除这块共享内存 shmctl()或者命令行下ipcrm

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3.共享内存的函数  （看代码，函数的介绍不用仔细看）

shmget--创建共享内存函数

头文件：#include

 #include

函数原型：int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

参数： key标识共享内存的键值: 0/IPC_PRIVATE。 当key的取值为IPC_PRIVATE，则函数shmget()将创建一块新的共享内存；如果key的取值为0，而参数shmflg中设置了IPC_PRIVATE这个标志，则同样将创建一块新的共享内存。size 共享储存器区段的大小，size是要建立共享内存的长度。所有的内存分配操作都是以页为单位的。shmflg建立标志和储存权限，包括IPC_CREAT和IPC_EXCL IPC_CREAT   如果共享内存不存在，则创建一个共享内存，否则打开操作。 IPC_EXCL    只有在共享内存不存在的时候，新的共享内存才建立，否则就产生错误

返回值为共享内存的标识符；不成功返回-1，errno储存错误原因。

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4.shmat--共享内存段映射到进程地址空间

头文件：#include  

#include

函数原型：void *shmat(int shmid, const void *addr, int flag);

参数：shmid：共享存储器标识， addr：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SHMRND位有关。

(1) 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。

(2) 如果addr非0，并且没有指定SHMRND，则此段连接到addr所指定的地址上。

(3) 如果addr非0，并且指定了SHMRND，则此段连接到（ a d d r－(addr mod SHMLBA)）所表示的地址上。SHMRND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。

flag可为： SHM_RND 如果addr不为NULL，将会进位到最低可用SHMLBA地址。 SHM_RDONLY 共享区段以只读的方式映射到进程的地址空间。 SHM_REMAP 如果本标志被指定，意味着替代掉与指定参数重叠的现存共享区段的映射。

返回值：如果成功，返回共享存储段地址，出错返回-1

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5.shmdt--解除进程对共享内存区域的映射

头文件：#include

 #include

函数原型：int shmdt(const void *shmaddr)

参数：shmaddr为调用shmat函数后获得的地址指针

返回值：该函数并没有删除共享内存段。调用成功返回0，失败返回-1

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6.shmctl--实现对共享内存区域的控制操作

头文件：#include  

#include

函数原型：int shmctl(int shmid , int cmd , struct shmid_ds *buf);

参数：shmid 共享区段的标识码，buf指向shmid_ds结构变量的指针，

cmd的合法命令如下：

IPC_STAT 将现在的共享存储器状态拷贝一份存入buf指向的结构中。

IPC_SET 设定共享存储器的用户识别码，使用群识别码及共享存储器的存取权限

IPC_RMID 将共享存储器标记成需要释放，实际的释放工作由最后一个与该共享区段脱连的进程实施。

IPC_INFO 获得系统共享内存的限制和相关参数，将其保存在buf参数指向的内存空间中。SHM_INFO 获得系统共享内存消耗的系统资源信息，将其保存在buf参数指向的内存空间中。

buf为指向shm_info结构体的指针，与shminfo类似，该结构体定义于中。

SHM_STAT 获取如IPC_STAT一样的信息。但参数shmid并非共享区段识别码，而是维持所有共享区段信息的内核内部数组索引。

SHM_LOCK 防止共享区段交换出内存。

SHM_UNLOCK 解除已锁定的共享区段，允许共享区段可交换。

注意:共享内存不会随着程序结束而自动消除，要么调用shmctl删除,要么自己用手敲命令去删除，否则永远留在系统中。

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7.代码：

/************************************************************************************************************************************************************************************************************************
 *文件名:
 *作  者:She001
 *时  间:
 *版  本:
 *作  用:共享内存　的函数　与运用
****************************************************************************************************************************************************************************************************************************/
#include
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#include
#include
//share memory  进程中的共享内存的使用方法
//1.申请内存
//2.映射
//3.一个进程向　向共享内存中写入数据
//4.一个进程向　共享内存中读取数据
//5.解除映射
//
 
int main(int argc,char *argv[])
{
	//创建共享内存
	int shmid = shmget(IPC_PRIVATE,1024,IPC_CREAT|0664); 
	printf("shmid =%d\n",shmid);
 
	//打开映射
	char * shstr = shmat(shmid ,0,0);
	if(shstr==NULL)
	{
		perror("shstr error\n");
		return -1;
	}
	//写
	char buff[200]="this is thursday";
	strcpy(shstr,buff);
 
	//读
	char buff2[200]="";
	strncpy(buff2,shstr,10);
	printf("buff2  =%s\n",buff);
	
 
	//解决映射
	shmdt(shstr);
 
	//删除共享内存
	shmctl(shmid,IPC_RMID,0);
	system("ipcs -m ");
 
 
       return 0;
 
}