【linux高级程序设计】（第十一章）System V进程间通信 4

共享内存

共享内存主要用于实现进程间大量数据传输。

共享内存的数据结构定义：

系统对共享内存的限制：

共享内存与管道的对比：

可以看到，共享内存的优势：

1.共享内存只需复制2次，而管道需要4次

2.共享内存不需要切换内核态与用户态，而管道需要。

共享内存效率高！

int shmget (key_t __key, size_t __size, int __shmflg) ：创建共享内存

第一个参数：key值

第二个参数：欲创建的共享内存段的大小（字节）

第三个参数：shmflg创建标识，包括IPC_CREAT, IPC_EXCL, IPC_NOWAIT, SHM_R（可读）, SHM_W（可写）

int shmctl (int __shmid, int __cmd, struct shmid_ds *__buf) ：共享内存控制

第一个参数：要操作的共享内存标识符

第二个参数：要执行的操作，IPC_RMID, iPC_SET, IPC_STAT, IPC_INFO, 超级用户还有 SHM_LOCK(锁定共享内存段), SHM_UNLOCK(解锁共享内存段)

第三个参数：临时共享内存变量信息

void *shmat (int __shmid, __const void * __shmaddr, int __shmflg) : 挂载共享内存到当前进程，返回共享内存首地址

第一个参数：要操作的共享内存标识符

第二个参数：指定共享内存映射地址，如果是0，系统选择。

第三个参数：指定共享内存段的访问权限和映射条件，0表示可读可写

int shmdt (__const void *__shmaddr) ：把共享内存与当前进程分离，参数为共享内存映射地址

测试，在只读共享内存中写信息：

#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
#include<errno.h>

int main(int argc, char * argv[])
{
    key_t key;
    int shm_id;
    char *ptr;
    key = ftok("/", 10);
    shm_id = shmget(key, 100, IPC_CREAT|SHM_R); //创建shm
    printf("get the shm id is %d
", shm_id);  //打印id
    if((ptr = (char *)shmat(shm_id, NULL, SHM_RDONLY)) == NULL)  //只读方式挂载
    {
        if(shmctl(shm_id, IPC_RMID, NULL) == -1)  //如果失败则删除
            perror("Failed to remove memory segment");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    //打印挂载地址
    printf("the attach add is %p
", ptr);
    printf("now try to write the memory
");
    *ptr = 'd';
    printf("*ptr =%c
", *ptr);
    shmdt(ptr);
    shmctl(shm_id, IPC_RMID, 0);
}

发生段错误：

父子进程间对共享内存的约定：

• fork()的子进程继承父进程挂载的共享内存。
• 调用exec执行新程序，则共享内存被自动卸载。
• 如果调用了exit()，挂载的共享内存与当前进程脱离关系。

下面是一个应用的例子

实现两个没有亲缘关系进程的通信，一个负责写，另一个负责接收。用信号量实现同步，即写的时候不可读，读的时候不可写。用一元信号量实现，0表示可写，1表示可读

注意：在代码实现中，实际上是读写轮流操作的，即写一次，读一次。并没有达到真正多进程的效果。

代码经验证，可以使用

发送端代码：

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

int main(int argc, char *argv[])
{
    int running = 1;
    int shid;
    int semid;
    int value;
    void *sharem = NULL;
    struct sembuf sem_b;
    sem_b.sem_num = 0;
    sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
    //创建信号量
    if((semid = semget((key_t)123456, 1, 0666|IPC_CREAT)) == -1) 
    {
        perror("semget");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    //初始化信号量为0
    if(semctl(semid,0,SETVAL,0) == -1)
    {
        printf("sem init error");
        if(semctl(semid, 0, IPC_RMID, 0) != 0)
        {
            perror("semctl");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    //创建共享内存
    shid = shmget((key_t)654321, (size_t)2048, 0600|IPC_CREAT);  //创建共享内存
    if(shid == -1)
    {
        perror("shmget");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    //挂载共享内存到当前进程
    sharem = shmat(shid, NULL, 0);
    if(sharem == NULL)
    {
        perror("shmat");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    while(running)
    {
        //测试信号量值，如果为0则可写
        if((value = semctl(semid, 0, GETVAL)) == 0)
        {
            printf("write data operate
");
            printf("please input something:");
            scanf("%s", sharem);
            sem_b.sem_op = 1;
            //执行信号量加1操作，允许读
            if(semop(semid, &sem_b, 1) == -1)
            {
                fprintf(stderr, "semaphore_p failed
");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
        }
        //比较是否是结束符号
        if(strcmp(sharem, "end") == 0)
                running--;
    }
    shmdt(sharem);
        return 0;
}

接收端代码：

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

int main(int argc, char *argv[])
{
    int running = 1;
    int shid;
    int semid;
    int value;
    void *sharem = NULL;
    struct sembuf sem_b;
    sem_b.sem_num = 0;
    sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
    //创建信号量
    if((semid = semget((key_t)123456, 1, 0666|IPC_CREAT)) == -1) 
    {
        perror("semget");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    //创建共享内存
    shid = shmget((key_t)654321, (size_t)2048, 0600|IPC_CREAT);  //创建共享内存
    if(shid == -1)
    {
        perror("shmget");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    //挂载共享内存到当前进程
    sharem = shmat(shid, NULL, 0);
    if(sharem == NULL)
    {
        perror("shmat");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    while(running)
    {
        //测试信号量值，如果为1则可读
        if((value = semctl(semid, 0, GETVAL)) == 1)
        {
            printf("read data operate
");
            sem_b.sem_op = -1;
            //执行信号量减1操作，允许写
            if(semop(semid, &sem_b, 1) == -1)
            {
                fprintf(stderr, "semaphore_p failed
");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
            printf("%s
", sharem);
        }
        //比较是否是结束符号
        if(strcmp(sharem, "end") == 0)
                running--;
    }
    shmdt(sharem);
    //删除共享内存
    if(shmctl(shid, IPC_RMID, 0) != 0)
    {
        perror("shmctl");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    //删除信号量
    if(semctl(semid, 0, IPC_RMID, 0) != 0)
    {
        perror("semctl");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    return 0;
}