【Linux】进程间通信——共享内存
文章目录
- 共享内存（Shared Memory）
- 什么是共享内存
- 2. 共享内存的特点
- 3.共享内存的主要函数
- 3.1.shmget()
- 3.2.shmat
- 3.3.shmdt
- 3.4.shmctl
- 共享内存实现进程间通信
- ShareMemory.hpp
- Server.cc
- Client.cc
- 总结
共享内存（Shared Memory）
什么是共享内存
共享内存（Shared Memory）是一种 进程间通信（IPC） 机制，允许多个进程共享同一块物理内存，从而提高数据交换效率。相比其他 IPC 方式（如管道、消息队列等），共享内存具有 速度快、低开销 的优势，因为数据直接存储在内存中，而无需通过内核进行数据拷贝。
2. 共享内存的特点
- 高效：数据直接在内存中共享，避免了进程间数据拷贝的开销。
- 进程可见：多个进程可以同时访问同一块共享内存，实现高速数据传输。
- 需要同步机制：由于多个进程可以并发访问共享内存，通常需要使用 信号量（Semaphore） 或 互斥锁（Mutex） 来防止数据竞争。
3.共享内存的主要函数
| 函数 | 作用 |
|---|---|
shmget() | 创建或获取一个共享内存段 |
shmat() | 将共享内存附加到进程地址空间 |
shmdt() | 解除共享内存与进程的关联 |
shmctl() | 控制共享内存（删除、修改权限等） |
3.1.shmget()
shmget表示获取共享内存，第一个参数key表示共享内存的键值，用于标识唯一的共享内存段。
这个参数由用户个人设置，但是通常用ftok函数来获取key。
ftok函数通过一定的算法来获取相对不会重复的key值，第一个参数是路径，第二个参数随机填一个数，通过算法获取相对唯一的key值。
shmget的第二个参数表示共享内存的大小，第三个参数表示标志位，如何创建共享内存和设置共享内存的权限。
第三个参数有特定的宏可以选择，红框框起来的是常用的两个。
IPC_CREAT：单独使用表示获取共享内存，如果存在则报错
IPC_CREAT | IPC_EXCL：表示创建共享内存
IPC_EXCL：单独使用没有意义
3.2.shmat
当我们获取到共享内存的时候，我们需要将共享内存挂接到虚拟内存地址当中，这时就需要用到这个接口。
用下面简图表示挂接：
shmget的第一个参数shmid表示shmget的返回值，会返回一个shmid，第二个参数表示我们可以指定一个虚拟地址，挂接到指定的虚拟地址上，但是一般情况下我们都会默认使用分配的虚拟地址，所以第二个参数一般情况下都会填nullptr，第三个参数表示标志位，用于控制映射方式（常用 0 或 SHM_RDONLY）。
3.3.shmdt
去关联，和上一个关联恰好相反，一个是关联一个是去关联。
3.4.shmctl
这个函数是用于控制共享内存的，在命令行我们一般用ipcrm -m shmid这个命令来删除共享内存，但是在代码层面，我们一般用shmctl这个函数来控制共享内存，可以进行删除修改权限等操作。
第二个参数表示标志位进行什么操作，下面是可以进行的操作，红框框起来的，表示删除共享内存，我们可以用这个宏来实现删除共享内存。
第三个参数是获取共享内存的信息，放在一个结构体当中，如果我们不需要获取直接传nullptr
接口讲完了，接下来用共享内存实现进程间通信
共享内存实现进程间通信
ShareMemory.hpp
#pragma once
#include Server.cc
#include "ShareMemory.hpp"
int main()
{
shm.CreateShm();
shm.AttachShm();
//接收----IPC
char* strinfo = (char*)shm.GetAddr();//获取服务器的虚拟地址
while(true)
{
sleep(1);
//打印共享地址中的内容
printf("%s
",strinfo);
//
}
shm.DetachShm();
shm.DeleteShm();
return 0;
}
Client.cc
#include "ShareMemory.hpp"
int main()
{
shm.GetShm();
shm.AttachShm();
//写入----IPC
char* strinfo = (char*)shm.GetAddr();//获取客户端的虚拟地址
char ch = 'A';
while(ch <= 'Z')
{
sleep(1);
strinfo[ch-'A'] = ch;//这里操作共享内存的时候为什么没有用系统调用？
ch++;
}
shm.DetachShm();
return 0;
}
总结
共享内存作为一种高效的进程间通信机制，因其直接在内存中操作数据，避免了数据拷贝，提供了快速的数据传输方式。通过 shmget、shmat、shmctl 等函数，Linux 系统为我们提供了灵活的共享内存操作接口。尽管共享内存具有显著的性能优势，但由于其没有内建的同步机制，使用时必须特别注意数据的一致性和进程间的同步问题。
在实际应用中，结合信号量、消息队列等同步机制，共享内存可以为多进程间提供高效且稳定的通信手段。然而，开发者需要注意资源的管理与清理，以免造成内存泄漏或数据冲突。
总之，共享内存是一种非常强大的进程间通信工具，但使用时需要小心谨慎，确保数据同步和资源管理得当，才能充分发挥其优势。
