进程间通讯-共享内存

进程间通信（IPC）的一种常见方式是使用共享内存（Shared Memory）。共享内存允许多个进程在它们之间共享一块内存区域，这样它们可以直接读写这个内存区域中的数据，而无需通过复杂的数据传输机制来交换信息。

共享内存的基本概念

【共享内存区域】：共享内存区域是在内核中创建的一块内存区域，它可以被多个进程同时访问。这个区域通常被用来存储需要在多个进程之间共享的数据。

【关联（Attach）】：进程通过调用系统调用将共享内存区域连接到它们的地址空间中，这个过程叫做关联。关联后，进程可以像访问普通内存一样访问共享内存区域。

【分离（Detach）】：当进程不再需要访问共享内存区域时，它可以调用系统调用将共享内存区域从自己的地址空间中分离，这个过程叫做分离。

【同步】：由于多个进程可以同时访问共享内存，因此需要适当的同步机制来防止竞态条件和数据不一致。常用的同步机制包括信号量、互斥锁等。

使用共享内存的步骤

以下是使用共享内存进行进程间通信的一般步骤：

1. 【创建共享内存】：首先，一个进程需要创建一个共享内存区域，并分配一块内存用于存储共享的数据。通常，这个操作是由一个进程执行，然后其他进程关联到这个共享内存区域。

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
 
key_t shm_key = ftok("/tmp", 'X'); // 创建一个键值，通常用于标识共享内存
int shm_id = shmget(shm_key, size, IPC_CREAT | 0666); // 创建共享内存，size是内存大小
if (shm_id == -1) {
    perror("shmget");
    exit(1);
}

shmget 函数参数：

• key_t key：一个键值，通常用于标识共享内存。多个进程需要使用相同的 key 才能访问同一个共享内存区域。
• size_t size：指定共享内存的大小（字节数）。
• int shmflg：标志参数，通常包括 IPC_CREAT 来创建共享内存，以及文件权限标志（例如 0666）。

 

2. 【关联共享内存】：其他进程需要通过调用系统调用将共享内存区域关联到它们的地址空间中。这样，它们就可以访问共享内存中的数据。

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
 
int *shared_memory; // 这是一个指向共享内存的指针
shared_memory = (int *)shmat(shm_id, NULL, 0); // 关联共享内存
if (shared_memory == (int *)-1) {
    perror("shmat");
    exit(1);
}

shmat 函数参数：

• int shmid：共享内存的标识符，由 shmget 返回的值。
• const void *shmaddr：通常设置为 NULL，表示让操作系统自动选择一个合适的地址来关联共享内存。
• int shmflg：通常设置为 0。

 

3. 【读写共享内存】：关联后的进程可以像操作普通内存一样读写共享内存中的数据。通常需要适当的同步机制来确保多个进程之间的数据一致性。

// 写入共享内存
*shared_memory = 42;
 
// 从共享内存中读取数据
int data = *shared_memory;

4. 【分离共享内存】：当进程不再需要访问共享内存区域时，它应该调用系统调用将共享内存分离，以释放资源。

shmdt(shared_memory); // 分离共享内存

shmdt 函数参数：

• const void *shmaddr：指向要分离的共享内存的地址，通常是通过 shmat 关联时获得的地址。

 

5. 【删除共享内存】（可选）：当不再需要共享内存区域时，通常可以将其删除，以释放与之关联的资源。这可以通过调用系统调用来完成。

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
 
shmctl(shm_id, IPC_RMID, NULL); // 删除共享内存

shmctl 函数参数：

• int shmid：共享内存的标识符，由 shmget 返回的值。
• int cmd：命令，用于指定要执行的操作，通常是 IPC_RMID，表示删除共享内存。
• struct shmid_ds *buf：用于存储共享内存信息的结构体，通常设置为 NULL。

 

使用共享内存的注意事项

- 共享内存通常用于高性能的进程间通信，但需要小心处理同步问题，以避免竞态条件和数据一致性问题。

- 在使用共享内存时，需要确保多个进程能够访问共享内存的相同位置，通常使用标识符或键来实现这一点。

- 共享内存通常需要操作系统支持，因此它在不同的操作系统中可能有不同的实现方式和限制。

总之，共享内存是一种强大的进程间通信方式，可以用于高性能和高效的数据交换。但由于多个进程共享同一块内存，因此需要小心处理同步和竞态条件问题。在使用时，要注意操作系统的特定实现和限制。