学习笔记第二十九天
IPC 进程间通信方式：共享内存
原理
共享内存是最高效的进程间通信方式之一，因为它允许两个或多个进程直接访问同一块物理内存区域。这种机制避免了数据在用户空间和内核空间之间的频繁拷贝，从而显著提高了数据传输的效率。
在Linux系统中，共享内存区域由内核管理，但可以由多个进程映射到它们各自的地址空间中。这样，进程就可以像访问本地内存一样直接读写这块共享内存区域。
操作流程
-
产生Key值：
使用ftok函数根据给定的路径名和项目ID生成一个唯一的键值（key），这个键值将用于后续的IPC对象操作。 -
申请共享内存：
使用shmget函数根据键值申请一块共享内存区域。如果申请成功，该函数会返回一个共享内存标识符（shmid）。 -
映射共享内存：
使用shmat函数将共享内存区域映射到进程的地址空间中，以便进程可以直接访问这块内存。 -
访问共享内存：
进程通过映射得到的地址直接读写共享内存中的数据。 -
解除映射：
使用shmdt函数解除共享内存与进程地址空间的映射关系。 -
销毁共享内存：
当不再需要共享内存时，可以使用shmctl函数并指定IPC_RMID命令来删除这块共享内存。
1. ftok - 生成key值
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h> key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);- 功能：将路径名
pathname和工程IDproj_id转换为唯一的key值。 - 参数：
pathname：一个路径名。proj_id：工程ID，通常是ASCII字符。
- 返回值：成功时返回唯一的key值，失败时返回-1。
2. shmget - 申请共享内存
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h> int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);- 功能：使用唯一键值
key向内核提出共享内存使用申请。 - 参数：
key：唯一键值。size：要申请的共享内存大小。shmflg：访问权限和创建标志（如IPC_CREAT、IPC_EXCL）。
- 返回值：成功时返回共享内存ID，失败时返回-1。
3. shmat - 映射共享内存
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h> void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);- 功能：将指定
shmid对应的共享内存映射到本地内存。 - 参数：
shmid：共享内存ID。shmaddr：本地地址，通常为NULL表示由系统自动分配。shmflg：访问权限（如0表示读写，SHM_RDONLY表示只读）。
- 返回值：成功时返回映射的地址，失败时返回(void*)-1。
4. shmdt - 撤销共享内存映射
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h> int shmdt(const void *shmaddr);
功能：将本地内存与共享内存断开映射关系。- 参数：
shmaddr：要断开的映射地址。 - 返回值：成功时返回0，失败时返回-1。
5. shmctl - 控制共享内存
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h> int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);- 功能：修改共享内存属性或删除共享内存对象。
- 参数：
shmid：共享内存ID。cmd：操作命令（如IPC_RMID表示删除对象）。buf：指向shmid_ds结构的指针，用于传递信息或NULL（仅删除对象时）。
- 返回值：成功时返回0，失败时返回-1。
6.示例
假设我们有两个进程a.out和b.out，它们需要通过共享内存交换一个pid_t类型的进程ID。
a.out（写进程）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h> int main()
{ key_t key = ftok("/tmp", 'A'); int shmid = shmget(key, sizeof(pid_t), IPC_CREAT | 0666); if (shmid == -1) { perror("shmget"); exit(EXIT_FAILURE); } void *shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0); if (shmaddr == (void *)-1) { perror("shmat"); exit(EXIT_FAILURE); } pid_t *pid_ptr = shmaddr; *pid_ptr = getpid(); // 将当前进程的PID写入共享内存 shmdt(shmaddr); shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL); return 0;
}
b.out（读进程）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h> int main()
{ key_t key = ftok("/tmp", 'A'); int shmid = shmget(key, sizeof(pid_t), 0666); if (shmid == -1) { perror("shmget"); exit(EXIT_FAILURE); } void *shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0); if (shmaddr == (void *)-1) { perror("shmat"); exit(EXIT_FAILURE); } pid_t *pid_ptr = shmaddr; printf("Received PID: %d\n", *pid_ptr); shmdt(shmaddr); return 0;
}7.总结
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共享内存数据的存储方式是拷贝还是剪切？
答：在共享内存的情况下，数据是直接访问的，不涉及拷贝或剪切操作。进程直接通过映射的地址访问物理内存区域。 -
共享内存的数据如果多次不同进程读写会怎么样？
答：如果多个进程读写同一块共享内存区域，并且没有适当的同步机制（如信号量），那么可能会出现数据竞争和覆盖的情况