Linux进程通信 | 共享内存

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所属分类:linux技术
摘要

在Linux系统中,共享内存是一种IPC(进程间通信)方式,它可以让多个进程在物理内存中共享一段内存区域。


一、共享内存是什么

在Linux系统中,共享内存是一种IPC(进程间通信)方式,它可以让多个进程在物理内存中共享一段内存区域。

这种共享内存区域被映射到多个进程的虚拟地址空间中,使得多个进程可以直接访问同一段物理内存区域中的数据,从而实现进程间的高速数据交换和通信。

二、共享内存的原理

共享内存基于内核的支持。在共享内存中,内核维护了一块物理内存区域,并将其映射到多个进程的虚拟地址空间中。每个进程都可以使用指针来访问共享内存区域中的数据,就像它们访问自己的内存一样。

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三、共享内存的使用方法

相关函数介绍

shmget函数

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg); 

用于创建或打开一个共享内存区段,具体参数如下:

参数 类型 说明
key key_t 共享内存区段的关键字,用于在多个进程间标识同一个共享内存区段。
size size_t 共享内存区段的大小,以字节为单位。
shmflg int 共享内存区段的访问权限和行为属性。

函数返回值为共享内存区段的标识符 shmid,用于标识已创建或已打开的共享内存区段。

shmat函数

void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg); 

用于将共享内存区段连接到当前进程的地址空间,具体参数如下:

参数 类型 说明
shmid int 共享内存区段的标识符,用于标识已创建或已打开的共享内存区段。
shmaddr const void* 共享内存区段连接到当前进程地址空间的起始地址,如果为 NULL,则由系统自动选择一个地址。
shmflg int 标志参数,指定共享内存区段的访问权限和行为属性。

函数返回值为共享内存区段连接到当前进程地址空间的起始地址,即指向共享内存区段的指针。

shmdt函数

int shmdt(const void *shmaddr); 

用于断开进程与共享内存区段的连接,具体参数如下:

参数 类型 说明
shmaddr const void* 共享内存区段连接到当前进程地址空间的起始地址。

函数返回值为 0 表示成功,-1 表示失败。

shmctl函数

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

用于控制共享内存区段的行为,如删除、获取、设置共享内存区段的属性等,具体参数如下:

参数 类型 说明
shmid int 共享内存区段的标识符,用于标识已创建或已打开的共享内存区段。
cmd int 控制命令,指定对共享内存区段的操作类型。
buf struct shmid_ds* 指向共享内存区段属性结构体的指针,用于获取或设置共享内存区段的属性。

常用的cmd参数包括:

  • IPC_STAT:获取共享内存的状态信息,并将该信息存储在buf参数指向的结构体中。
  • IPC_SET:设置共享内存的状态信息,buf参数指向要设置的新值。
  • IPC_RMID:删除共享内存。

函数返回值为操作成功返回 0,失败返回 -1。

实例演示

以下是一个示例代码,其中一个程序用于写入共享内存,另一个程序用于读取共享内存。

写入程序

/* write.c */  #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/shm.h> #include <string.h>  #define SHM_SIZE 1024  int main() {     int shmid;     char *shmaddr;     char write_buf[SHM_SIZE];      // 创建共享内存段     shmid = shmget((key_t)1234, SHM_SIZE, 0666|IPC_CREAT);     if (shmid == -1) {         perror("shmget failed");         exit(EXIT_FAILURE);     }      // 将共享内存段连接到当前进程     shmaddr = (char*)shmat(shmid, 0, 0);     if (shmaddr == (void*)-1) {         perror("shmat failed");         exit(EXIT_FAILURE);     }      // 从标准输入读取数据并将其写入共享内存     while(1) {         fgets(write_buf, SHM_SIZE, stdin);         strncpy(shmaddr, write_buf, SHM_SIZE);         if (strncmp(write_buf, "exit", 4) == 0) {             break;         }     }      // 断开共享内存连接     if (shmdt(shmaddr) == -1) {         perror("shmdt failed");         exit(EXIT_FAILURE);     }      // 删除共享内存段     if (shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) == -1) {         perror("shmctl failed");         exit(EXIT_FAILURE);     }          printf("write exitn");      return 0; } 

读取程序

/* read.c */  #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/shm.h> #include <string.h>  #define SHM_SIZE 1024  int main() {     int shmid;     char *shmaddr;     char read_buf[SHM_SIZE];      // 获取共享内存段     shmid = shmget((key_t)1234, SHM_SIZE, 0666|IPC_CREAT);     if (shmid == -1) {         perror("shmget failed");         exit(EXIT_FAILURE);     }      // 将共享内存段连接到当前进程     shmaddr = (char*)shmat(shmid, 0, 0);     if (shmaddr == (void*)-1) {         perror("shmat failed");         exit(EXIT_FAILURE);     }      // 从共享内存读取数据并输出到标准输出     while(1) {         strncpy(read_buf, shmaddr, SHM_SIZE);         printf("Received message: %sn", read_buf);         if (strncmp(read_buf, "exit", 4) == 0) {             printf("Received exitn");             break;         }         sleep(1);     }      // 断开共享内存连接     if (shmdt(shmaddr) == -1) {         perror("shmdt failed");         exit(EXIT_FAILURE);     }      printf("read exitn");          return 0; } 
  • 编译这两个程序
gcc -o write write.c gcc -o read read.c 

在一个终端窗口中运行write, 输入消息,在另一个终端窗口中运行read,查看消息。

要退出程序,则在运行write的终端窗口中键入"exit",效果如下:

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四、 共享内存的注意事项

  • 使用共享内存需要注意以下几点:
  1. 同步问题:由于多个进程可以同时访问共享内存,因此必须要使用同步机制来保证数据的一致性和正确性。
  2. 内存泄漏:如果一个进程崩溃或者没有及时解除共享内存映射,就有可能导致内存泄漏的问题。
  3. 安全问题:共享内存是多个进程共享的,因此必须要注意数据的安全性和隐私性,避免敏感数据泄露。

五、 共享内存的使用技巧

  • 以下是一些共享内存的使用技巧:
  1. 分配内存时使用 shmget() 系统调用中的 IPC_PRIVATE 标记,可以确保共享内存的键值在系统中是唯一的,避免冲突和安全问题。
  2. 在读写共享内存之前,使用信号量或互斥锁等同步机制来保证数据的一致性和正确性。
  3. 在使用共享内存时,可以将共享内存区域按照固定大小进行分块,避免多个进程同时访问同一块内存区域的冲突。

小结

共享内存是一种高效、灵活、方便的进程间通信方式,可以用于在多个进程之间共享大量数据。

使用共享内存需要注意同步、安全和内存泄漏等问题,可以使用信号量、互斥锁等同步机制来保证数据的正确性。

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