Posix共享内存区：
共享内存是最快的可用IPC形式。它允许多个不相关(无亲缘关系)的进程去访问同一部分逻辑内存。
如果需要在两个进程之间传输数据，共享内存将是一种效率极高的解决方案。一旦这样的内存区映射到共享它的进程的地址空间，这些进程间数据的传输就不再涉及内核。这样就可以减少系统调用时间，提高程序效率。
共享内存是由IPC为一个进程创建的一个特殊的地址范围，它将出现在进程的地址空间中。其他进程可以把同一段共享内存段“连接到”它们自己的地址空间里去。所有进程都可以访问共享内存中的地址。如果一个进程向这段共享内存写了数据，所做的改动会立刻被有访问同一段共享内存的其他进程看到。
要注意的是共享内存本身没有提供任何同步功能。也就是说，在第一个进程结束对共享内存的写操作之前，并没有什么自动功能能够预防第二个进程开始对它进行读操作。共享内存的访问同步问题必须由程序员负责。可选的同步方式有互斥锁、条件变量、读写锁、纪录锁、信号灯。
实际上，进程之间在共享内存时，并不总是读写少量数据后就解除映射，有新的通信时，再重新建立共享内存区域。而是保持共享区域，直到通信完毕为止。
相应的API如下：
shm_open 函数
功能:
用来创建或打开一个共享内存对象
原型:
int shm_open(const char* name,int oflag,mode_t mode);
参数:
name:共享内存对象的名字
oflag:与open 函数类似,可以是O_RDONLY,O_RDWR,还可以按位或上O_CREAT,O_EXCL,O_TRUNC等.
mode:此参数总是需要设置,如果oflag没有指定 O_CREAT, 可以指定为0;
返回值: 成功返回非负整数文件描述符;失败返回-1
ftruncate
功能:
修改共享内存对象大小
原型:
int ftruncate(int fd,off_t length);
参数:
fd:文件描述符
length:长度
返回值:
成功返回0,失败返回-1
fstat函数
功能:获取共享内存对象信息
原型:
int fstat(int fd,struct stat *buf);
参数:
fd: 文件描述符
buf: 返回共享内存状态。stat结构有12个或以上的成员，然而当fd指代一个共享内存区对象时。只有4个成员含有信息。
Struct stat
{
mode_t st_mode;
uid_t st_uid;
gid_t st_gid;
off_t st_size;
}
返回值:
成功返回0,失败返回-1
shm_unlink函数
功能:删除一个共享内存对象
原型:
int shm_unlink(const char* name);
参数:
name:共享内存对象的名字
返回值:成功返回0,失败返回-1;
下面来看一个简单的测试程序：
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
typedef struct Content
{
char name[32];
unsigned char age;
}Con;
void Test1()
{
int shmid;
shmid=shm_open("myshm",O_CREAT | O_RDWR,0775);
if(shmid == -1)
printf("shmid error
");
if(ftruncate(shmid,sizeof(Con)) == -1)
printf("ftruncate error
");
struct stat buf;
if(fstat(shmid,&buf) == -1)
printf("stat error
");
printf("size=%d,mode=%o
",buf.st_size,buf.st_mode & 0777);
close(shmid);
}
测试结果：可以看到共享内存区的大小 已经和Content结构体一样大，都是33字节。
共享内存区创建的文件默认保存在/dev/shm路径中
root@zhf-maple:/dev/shm# ls -al
总用量 4
drwxrwxrwt 2 root root 80 5月 11 14:36 .
drwxr-xr-x 21 root root 4240 5月 11 14:13 ..
-rw-r----- 1 www-data www-data 4096 5月 11 14:13 mono.1538
-rwxrwxr-x 1 zhf zhf 36 5月 11 14:35 myshm
使用od -c查看myshm中的内容，可以看到全被初始化为0
root@zhf-maple:/dev/shm# od -c myshm
0000000
*
0000040
0000044
下面来测试往共享内存区里面写数据，在这里要用到mmap函数
mmap将一个文件或者其它对象映射进内存。文件被映射到多个页上，如果文件的大小不是所有页的大小之和，最后一个页不被使用的空间将会清零。munmap执行相反的操作，删除特定地址区域的对象映射。
采用共享内存通信的一个显而易见的好处是效率高，因为进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝。对于像管道和消息队列等通信方式，则需要在内核和用户空间进行四次的数据拷贝，而共享内存则只拷贝两次数据：一次从输入文件到共享内存区，另一次从共享内存区到输出文件。实际上，进程之间在共享内存时，并不总是读写少量数据后就解除映射，有新的通信时，再重新建立共享内存区域。而是保持共享区域，直到通信完毕为止，这样，数据内容一直保存在共享内存中，并没有写回文件。共享内存中的内容往往是在解除映射时才写回文件的。因此，采用共享内存的通信方式效率是非常高的。
基于文件的映射，在mmap和munmap执行过程的任何时刻，被映射文件的st_atime可能被更新。如果st_atime字段在前述的情况下没有得到更新，首次对映射区的第一个页索引时会更新该字段的值。用PROT_WRITE 和 MAP_SHARED标志建立起来的文件映射，其st_ctime 和 st_mtime在对映射区写入之后，但在msync()通过MS_SYNC 和 MS_ASYNC两个标志调用之前会被更新。
void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags,
int fd, off_t offset);
int munmap(void *start, size_t length);
返回说明：
成功执行时，mmap()返回被映射区的指针，munmap()返回0。失败时，mmap()返回MAP_FAILED[其值为(void *)-1]，munmap返回-1。errno被设为以下的某个值
EACCES：访问出错
EAGAIN：文件已被锁定，或者太多的内存已被锁定
EBADF：fd不是有效的文件描述词
EINVAL：一个或者多个参数无效
ENFILE：已达到系统对打开文件的限制
ENODEV：指定文件所在的文件系统不支持内存映射
ENOMEM：内存不足，或者进程已超出最大内存映射数量
EPERM：权能不足，操作不允许
ETXTBSY：已写的方式打开文件，同时指定MAP_DENYWRITE标志
SIGSEGV：试着向只读区写入
SIGBUS：试着访问不属于进程的内存区
参数：
start：映射区的开始地址。
length：映射区的长度。
prot：期望的内存保护标志，不能与文件的打开模式冲突。是以下的某个值，可以通过or运算合理地组合在一起
PROT_EXEC //页内容可以被执行
PROT_READ //页内容可以被读取
PROT_WRITE //页可以被写入
PROT_NONE //页不可访问
flags：指定映射对象的类型，映射选项和映射页是否可以共享。它的值可以是一个或者多个以下位的组合体
MAP_FIXED //使用指定的映射起始地址，如果由start和len参数指定的内存区重叠于现存的映射空间，重叠部分将会被丢弃。如果指定的起始地址不可用，操作将会失败。并且起始地址必须落在页的边界上。
MAP_SHARED //与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入，相当于输出到文件。直到msync()或者munmap()被调用，文件实际上不会被更新。
MAP_PRIVATE //建立一个写入时拷贝的私有映射。内存区域的写入不会影响到原文件。这个标志和以上标志是互斥的，只能使用其中一个。
MAP_DENYWRITE //这个标志被忽略。
MAP_EXECUTABLE //同上
MAP_NORESERVE //不要为这个映射保留交换空间。当交换空间被保留，对映射区修改的可能会得到保证。当交换空间不被保留，同时内存不足，对映射区的修改会引起段违例信号。
MAP_LOCKED //锁定映射区的页面，从而防止页面被交换出内存。
MAP_GROWSDOWN //用于堆栈，告诉内核VM系统，映射区可以向下扩展。
MAP_ANONYMOUS //匿名映射，映射区不与任何文件关联。
MAP_ANON //MAP_ANONYMOUS的别称，不再被使用。
MAP_FILE //兼容标志，被忽略。
MAP_32BIT //将映射区放在进程地址空间的低2GB，MAP_FIXED指定时会被忽略。当前这个标志只在x86-64平台上得到支持。
MAP_POPULATE //为文件映射通过预读的方式准备好页表。随后对映射区的访问不会被页违例阻塞。
MAP_NONBLOCK //仅和MAP_POPULATE一起使用时才有意义。不执行预读，只为已存在于内存中的页面建立页表入口。
fd：有效的文件描述词。如果MAP_ANONYMOUS被设定，为了兼容问题，其值应为-1。
offset：被映射对象内容的起点。
2. 系统调用munmap()
int
munmap( void * addr, size_t len )
该调用在进程地址空间中解除一个映射关系，addr是调用mmap()时返回的地址，len是映射区的大小。当映射关系解除后，对原来映射地址的访问将导致段错误发生。
写入测试函数：
void Shem_write()
{
int shmid;
unsigned char *ptr;
struct stat stat;
shmid=shm_open("myshm",O_CREAT | O_RDWR,0775);
if(shmid == -1)
printf("shmid error ");
if(fstat(shmid,&stat) == -1)
printf("stat error ");
ptr=mmap(NULL,stat.st_size,PROT_READ | PROT_WRITE,MAP_SHARED,shmid,0);
close(shmid);
for(int i=0;i<stat.st_size;i++)
{
*ptr++=i;
}
printf("%c ",*ptr);
}
查看写入的结果：
root@zhf-maple:/dev/shm# od -c myshm
0000000 001 002 003 004 005 006 a v f 016 017
0000021 020 021 022 023 024 025 026 027 030 031 032 033
共享内存区读取程序：
void Shem_read()
{
int i,shmid;
struct stat stat;
unsigned char *ptr;
shmid=shm_open("myshm",O_RDONLY,0775);
fstat(shmid,&stat);
ptr=mmap(NULL,stat.st_size,PROT_READ,MAP_SHARED,shmid,0);
close(shmid);
for(i=0;i<stat.st_size;i++)
{
printf("value=%d ",*(ptr+i));
}
}
执行结果：
如果我们想结果转换为结构体的形式，函数可以更新如下，将ptr赋值给Con结构体
void Shem_read()
{
int i,shmid;
struct stat stat;
void *ptr;
unsigned char *tmp;
Con *c;
shmid=shm_open("myshm",O_RDONLY,0775);
fstat(shmid,&stat);
ptr=mmap(NULL,stat.st_size,PROT_READ,MAP_SHARED,shmid,0);
close(shmid);
tmp=(unsigned char *)ptr;
for(i=0;i<stat.st_size;i++)
{
printf("value=%d ",*(tmp+i));
}
c=(Con *)ptr;
printf("age=%d",c->age);
}
可以看到age的数值等于最后一个字节的值，也就是32.
