11.1 进程间通信--共享内存

　　共享内存是最快的IPC形式，一旦这样的内存映射到共享它的进程的地址空间，这些进程间的数据传递不再涉及到内核，也就是说进程不再通过执行进入内核的系统调用来传递彼此的数据。写共享内存要加锁。常和信号量在一起使用。消息队列和管道读写数据都是要进入内核的。

示意图如下：

传递数据的示意图如下：

共享内存的数据结构及基本API：

shmget函数：

　　原型：int shmget(key_t  key,  size_t size,  int  shmflg)

　　功能：用来创建共享内存

　　参数：

　　　　key：这个共享内存段的名字

　　　　size：共享内存的大小

　　　　shmflg：由九个权限标志构成，它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样的

　　返回值：

　　　　成功返回一个非负整数，即该共享内存段的标识码；失败返回-1

shmat函数：

　　原型：void*  shmat(int  shmid,  const  void*  shmaddr,  int  shmflg)

　　功能：将共享内存段连接到进程地址空间

　　参数：

　　　　shmid：共享内存标识

　　　　shmaddr：指定连接的地址

　　　　shmflg：它的两个可能取值是SHM_RND和SHM_RDONLY

　　返回值：成功返回一个指针，指向共享内存第一个字节；失败返回-1

shmat函数（续）：

　　shmaddr为NULL，内核自动选择一个地址

　　shmaddr不为NULL且shmflg无SHM_RND标记，则以shmaddr为连续地址

　　shmaddr不为NULL且shmflg设置了SHM_RND标记，则连接的地址会自动向下调整为SHMLBA的整数倍。公式：shmaddr - (shmaddr  %  SHMLBA)

　　shmflg为SHM_RDONLY，表示连接操作用来只读共享内存

shmdt函数：

　　原型：int shmdt(const  void*  shmaddr)

　　功能：将共享内存段与当前进程脱离

　　参数：

　　　　shmaddr：由shmat所返回的指针

　　返回值：成功返回0，失败返回-1

　　注意：将共享内存与当前进程脱离不等于删除共享内存段

shmctl函数：

　　原型：int  shmctl(int shmid,  int  cmd,  struct  shmid_ds *buf)

　　功能：用于控制共享内存

　　参数：

　　　　shmid：由shmget返回的共享内存标识码

　　　　cmd：将要采取的动作，有三个可取值

　　　　buf：指向一个保持着共享内存的模式状态和访问权限的数据结构

　　返回值：成功返回0，失败返回-1

cmd的三个可选值如下：

shmget示例程序如下：

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

typedef struct 
{
    char name[10];
    int age;
}Teacher;

int main()
{
    int ret = 0;
    
    ret = shmget(0x2222, sizeof(Teacher), 0666);
    
    if( -1 == ret )
    {
        if(errno == ENOENT)
        {
            printf("check if shm exist 
");
        }
        
        perror("shmget error");
        exit(0);
    }    
    
    printf("shmget success 
");
    
    return 0;
}

最后一个参数填写0666，相当于打开共享内存，不存在的话会报错，执行结果如下：

给最后一个参数加上创建属性，如下：

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

typedef struct 
{
    char name[10];
    int age;
}Teacher;

int main()
{
    int ret = 0;
    
    ret = shmget(0x2222, sizeof(Teacher), 0666 | IPC_CREAT);
    
    if( -1 == ret )
    {
        if(errno == ENOENT)
        {
            printf("check if shm exist 
");
        }
        
        perror("shmget error");
        exit(0);
    }    
    
    printf("shmget success 
");
    
    return 0;
}

再次执行结果如下：

使用ipcs查看系统中的共享内存，如下：

可以看到最后一个key值为0x2222的共享内存。

 shmat将数据写入共享内存，如下所示：

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

typedef struct 
{
    char name[10];
    int age;
}Teacher;

int main()
{
    int ret = 0;
    
    ret = shmget(0x2222, sizeof(Teacher), 0666 | IPC_CREAT);
    
    if( -1 == ret )
    {
        if(errno == ENOENT)
        {
            printf("check if shm exist 
");
        }
        
        perror("shmget error");
        exit(0);
    }    
    
    Teacher t1 = {"zhang", 26};
    
    Teacher *t = shmat(ret, NULL, 0);
    
    memcpy(t, &t1, sizeof(t1));
    pause();
    return 0;
}

 执行结果如下：

可以看到执行完shmat之后，这块共享内存的引用变为了1，该进程停在pause处，当进程结束时，内核自动将这个共享内存的引用计数减1，但是并不删除这块共享内存。

当一个共享内存的引用计数大于等于2时，这时一个进程删除这块共享内存，则该共享内存的引用计数会减1，而其key值变成0，因为这个共享内存还被别的程序占用着呢。key值变成0之后，这时候再用原来的key值获取这块共享内存就不行了。这就是残缺的共享内存。当引用它的进程全退出后，这块共享内存才消失。

读取共享内存的函数如下：

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

typedef struct 
{
    char name[10];
    int age;
}Teacher;

int main()
{
    int ret = 0;
    
    ret = shmget(0x2222, sizeof(Teacher), 0666 | IPC_CREAT);
    
    if( -1 == ret )
    {
        if(errno == ENOENT)
        {
            printf("check if shm exist 
");
        }
        
        perror("shmget error");
        exit(0);
    }    
    
    
    Teacher *t = shmat(ret, NULL, 0);
    
    printf("teacher name : %s
", t->name);
    printf("teacher age : %d
", t->age);
    
    
    return 0;
}

我们只需要根据已知的key值，先获取这块共享内存，然后将共享内存映射到读进程的地址空间，然后就可以使用这块内存了，执行结果如下：