嵌入式学习——进程间通信方式（3）—— 共享内存

一、基本概念

        什么是共享内存，顾名思义，就是将共享一片内存空间，共享内存允许多个不同的进程访问同一片内存空间。他们对这个内存直接进行操作，不需要经过内核的处理，因此共享内存是IPC通信方式中效率最高的。那如何实现的呢，只要你想访问这片内存空间，你得先把这片内存空间映射到你的内存中，然后再对其进行操作。

        但是，这种内存空间我们要对其进行维护，保护的一个操作，例如：进程A往共享内存存数据，而此时进程B刚好在读数据，那B读取的数据就可能会出现数据混乱，因此，共享内存属于临界资源，我们在操作它时要进行保护操作，即在某一个时刻，只有一个进程对其进行读/写操作，防止数据出现混乱。所以共享内存一般不会单独的进行使用，要配合信号量、互斥锁等来进行使用，目的就是保护数据的完整性。

特点：1）共享内存是进程间通信效率最高的方式之一

           2）共享内存可传输的数据量比较大，使用共享内存一般是以传输数据为目的的

           3）读取过的内容不会删除，某一个进程修改共享内存空间的数据后，其他进程可以察觉这个修改

           4）无同步无互斥，需要信号量配合。

二、基本使用流程

           1）创建或获取共享内存                

        int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

                key的取值：

                ① 通过调用key_t ftok(const char *pathname, int proj_id)来进行获取;这个函数是通过指定的文件路径和计划编号合成一个key值。

                ② IPC_PRIVATE 内核会保证创建一个新的，唯一的IPC对象，这是一个宏定义，其值为0。

                size：指定共享内存的大小，是以页为单位的，即使存1个字节，也会分配一整页。

                shmflg：IPC_CREAT 若系统中有相同的key值，则返回共享内存的标识符；若不存在则创建，要与 0600 结合  给相应的权限（IPC_CREAT | 0600）。

                              IPC_EXCL  如果系统中有相同的key值，则会报错；不存在则创建。

        2）将共享内存映射到当前进程中                

        void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

                shmid：就是创建共享内存时返回的描述符。

                shmaddr：一般为NULL，系统会帮你自动选择一个内存空间去分配。

                shmflg：操作共享内存的方式：

                        SHM_RDONLY：以只读方式打开。

                        SHM_EXEC：具有执行的权限。

                        SHM_REMAP:重新映射，此时shmaddr不能为空。

        3）操作共享内存

                直接针对映射后返回的指针进行操作，给指针进行赋值。

        4）断开共享内存映射                

        int shmdt(const void *shmaddr);

                shmaddr：映射的共享内存的地址。

                成功返回0，失败返回-1，并将错误记录。

        5）释放共享内存                

        int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

                shmid：共享内存的标识符

                cmd：常用的控制命令如下：

                        IPC_RMID：删除该共享内存

                        IPC_STAT：获取属性权限，放到buf中

                        IPC_SET：设置属性信息为buf指向的内容。

                        IPC_INFO：获得关于共享内存的系统限制值信息。

                        SHM_INFO：获得系统为共享内存消耗的资源信息。

                buf：在释放共享内存时，为NULL即可。                        

struct shmid_ds {struct ipc_perm shm_perm;    /* Ownership and permissions */size_t          shm_segsz;   /* Size of segment (bytes) */time_t          shm_atime;   /* Last attach time */time_t          shm_dtime;   /* Last detach time */time_t          shm_ctime;   /* Last change time */pid_t           shm_cpid;    /* PID of creator */pid_t           shm_lpid;    /* PID of last shmat(2)/shmdt(2) */shmatt_t        shm_nattch;  /* No. of current attaches */...};

struct ipc_perm {key_t          __key;    /* Key supplied to shmget(2) */uid_t          uid;      /* Effective UID of owner */gid_t          gid;      /* Effective GID of owner */uid_t          cuid;     /* Effective UID of creator */gid_t          cgid;     /* Effective GID of creator */unsigned short mode;     /* Permissions + SHM_DEST andSHM_LOCKED flags */unsigned short __seq;    /* Sequence number */};

三、代码示例

        一个进程负责读取你的个人信息并写入到共享内存，另一个进程负责将共享内存中的个人信息进行打印

        

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <wait.h>struct info
{char name[50];int age;char address[100];
}DATA;int main()
{struct info data = {"zhangsan",22,"xian"};key_t key = ftok("/bin/bash",1);if(key == -1){perror("failed1");return -1;}//创建一个共享内存int shmid = shmget(key,sizeof(struct info),IPC_CREAT | 0600);if(shmid == -1){perror("failed2");return -1;}//进行共享内存的映射char * buf = (char*)shmat(shmid,NULL,0);if(*(int*)buf == -1 ){perror("failed3");return -2;}pid_t pid = fork();//子进程负责读共享内存的数据并打印if(pid == 0){sleep(3);printf("%s\n",buf);shmdt(buf);exit(0);}//父进程往共享内存中写入数据else if(pid >0){char arr[5] =""; snprintf(arr,sizeof(arr),"%d",data.age);snprintf(buf,sizeof(struct info),"%s %s %s",data.name,arr,data.address);wait(NULL);//等待子进程结束shmdt(buf);//关闭内存映射shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);//释放内存资源}return 0;
}