IPC进程间通信---共享内存

共享内存

  共享内存：共享内存就是分配一块能被其它进程访问的内存。每个共享内存段在内核中维护着一个内部结构shmid_ds，

该结构定义在头文件linux/shm.h中，其结构如下：

struct shmid_ds
{
   struct ipc_perm  shm_perm;        //操作许可，里面包含共享内存的用户ID、组ID等信息
   int  shm_segsz;                   //共享内存段的大小，单位为字节
   __kernel_time_t  shm_atime;       //最后一个进程访问共享内存的时间
   __kernel_time_t  shm_dtime;       //最后一个进程离开共享内存的时间
   __kernel_time_t  shm_ctime;       //最后一次修改共享内存的时间
   __kernel_ipc_pid_t  shm_cpid;     //创建共享内存的进程ID
   __kernel_ipc_pid_t  shm_lpid;     //最后操作共享内存的进程ID
   ushort  shm_nattch;               //当前使用该共享内存段的进程数量
   ushort  shm_unused;
   void  *shm_unused2;
   void  *shm_unused3;
};

  要获得一个共享内存的描述符，只需提供该共享内存的键值即可，该键值通常由函数ftok返回，该函数原形为：

   #include <sys/ipc.h>

   key_t ftok(const char *pathname,int proj_id);

   创建一个新的共享内存或访问一个已存在的共享内存前需要使用ftok函数得到key值，下面是ftok函数的包裹函数：

key_t Ftok(const char *pathname,int proj_id)
{
  key_t key= ftok(pathname,proj_id);
  if(key== -1)
  {
    perror("ftok.");
    exit(1);
  }
  return key;
}

    共享内存的创建或打开：

   Linux下使用shmget函数来创建一个共享内存区，或者访问已经存在的共享内存区。该函数定义在头文件<sys/shm.h>

中，该函数原形为：

   #include <sys/ipc.h>
   #include <sys/msg.h>
   int shmget(key_t key,size_t size,int shmflg);

   函数中，第一个参数是由ftok()函数得到的键值，第二个参数size为以字节为单位指定内存的大小，第三个参数shmflg为

操作标志位，它的值为一些宏，如下所示：

• IPC_CREAT：调用shmget时，系统将此值与其它所有共享内存区的key值进行比较，如果存在相同的key，说明共享内

存区已存在，此时返回该共享内存区的标识符，否则新建一个共享内存区并返回其标识符。

• IPC_EXCL：该宏必须和IPC_CREAT一起使用，否则没有意义。当shmget取IPC_CREAT|IPC_EXCL时，表示如果发现信号

集已经存在，则返回-1，错误码为EEXIST。

   共享内存区的操作：

   在使用共享内存区前，必须通过shmat函数将其附加到进程的地址空间。进程与共享内存就建立了连接。shmat调用成

功后就会返回一个指向共享内存区的指针，使用该指针就可以访问共享内存区了，如果失败返回-1。该函数声明在头文件

<sys/shm.h>中，该函数原形为：

   #include <sys/types.h>
   #include <sys/shm.h>
   void* shmat(int shmid,const void *shmaddr,int shmflg);

   函数中参数shmid为shmget函数的返回值，参数shmaddr为共享内存的附加点，参数shmflg为存取权限标志，参数shmaddr

不同取值情况的含义说明如下：

• 如果为空，则由内核选择一个空闲的内存区；如果非空，返回地址取决于调用者是否给shmflg参数指定了SHM_RND值，

如果没有指定，则共享内存区附加到由shmaddr指定的地址；否则附加地址为shmaddr向下舍入一个共享内存低端边界地址

后地址（SHMLBA，一个常址）。

• 通常将参数shmaddr设置为NULL。

   当进程结束使用共享内存区时，要通过函数shmdt断开与共享内存区的连接。该函数声明在<sys/shm.h>头文件中，该

函数原形为：

   #include <sys/types.h>
   #include <sys/shm.h>
   int shmdt(const void *shmaddr);

   参数shmaddr为shmat函数的返回值。该函数调用成功后，返回0，否则返回-1。进程脱离共享内存区后，数据结构shmid_ds

中的shm_nattch就会减1。但是共享内存段依然存在，只有shm_nattch为0后，即没有任何进程再使用共享内存区，共享内存

区才在内核中被删除。一般来说，当一个进程终止时，它所附加的共享内存区都会自动脱离。

  共享内存区的控制：

  对共享内存区的控制是通过函数shmctl来完成的，该函数定义在<sys/shm.h>中，该函数原形为：

  #include <sys/ipc.h>

  #include <sys/shm.h>

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

  函数中，参数shmid为共享内存区的标识符；参数buf为指向shmid_ds结构体的指针；cmd为操作标志位，支持以下控制操作：

• IPC_RMID：从系统中删除由shmid标识的共享内存区。
• IPC_SET：设置共享内存区的shmid_ds结构。
• IPC_STAT：读取共享内存区的shmid_ds结构，并将其存储到buf指向的地址中。

   下面是使用共享内存区发送消息的例子：

// myipc.h
#pragma once

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/msg.h>

union semun
{
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
    struct seminfo *__buf;
};

key_t Ftok(const char *pathname,int proj_id)
{
    key_t key= ftok(pathname,proj_id);
    if(key== -1)
    {
        perror("ftok.");
        exit(1);
    }
    return key;
}

//server.c
#include "myipc.h"

int main(int argc,char *argv[])
{
    key_t shm_key= Ftok(argv[1],atoi(argv[2]));
    int shm_id= shmget(shm_key,1024,IPC_CREAT|0755);
    if(shm_id== -1)
    {
        perror("shmget");
        exit(1);
    }
    char *addr= (char*)shmat(shm_id,NULL,0);
    if((void*)addr== (void*)-1)
    {
        perror("shmat");
        shmctl(shm_id,IPC_RMID,NULL);
        exit(1);
    }
    key_t sem_key= shm_key;
    int sem_id= semget(sem_key,2,IPC_CREAT|0755);
    struct sembuf p= {0,-1,0};
    struct sembuf v= {1,1,0};
    while(1)
    {
        printf("Ser: ");
        scanf("%s",addr);
        semop(sem_id,&v,1);

        semop(sem_id,&p,1);
        printf("Cli: %s
",addr);
    }
    shmdt(addr);
    semctl(sem_id,0,IPC_RMID);
    semctl(sem_id,1,IPC_RMID);
    shmctl(shm_id,IPC_RMID,NULL);
    return 0;
}

//client.c
#include "myipc.h"

int main(int argc,char *argv[])
{
    key_t shm_key= Ftok(argv[1],atoi(argv[2]));
    int shm_id= shmget(shm_key,0,0);
    char *addr= (char*)shmat(shm_id,NULL,0);
    key_t sem_key= shm_key;
    int sem_id= semget(sem_key,0,0);
    struct sembuf p= {1,-1,0};
    struct sembuf v= {0,1,0};
    while(1)
    {
        semop(sem_id,&p,1);
        printf("Ser: %s
",addr);
        printf("Cli: ");
        scanf("%s",addr);
        semop(sem_id,&v,1);
    }
    shmdt(addr);
    return 0;
}