Linux中的共享内存

先简单写写这里，后面有时间慢慢深挖

共享内存是啥

这里摘抄一下维基百科：

共享内存（shared memory）指在多处理器的计算机系统中，可以被不同中央处理器访问的大容量内存。由于多个CPU需要快速访问存储器，这样就要对存储器进行缓存。由于其他处理器可能也要存取，任一缓存数据更新后，共享内存就需要立即更新，否则不同处理器可能用到不同的数据（参见缓存一致和内存一致）。

简单来说，共享内存（Shared Memory）就是允许多个进程访问同一个内存空间，是在多个进程之间共享和传递数据最高效的方式。

操作系统将不同进程之间共享内存安排为同一段物理内存，进程可以将共享内存连接到它们自己的地址空间中，如果某个进程修改了共享内存中的数据，其它的进程读到的数据也将会改变。

比较重要的一点：共享内存并未提供锁机制，也就是说，在某一个进程对共享内存的进行读写的时候，不会阻止其它的进程对它的读写（如果要对共享内存的读/写加锁，可以使用信号量）。

相关函数

头文件

在Linux中对于共享内存的操作首先要包含头文件：

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#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

创建或者获取共享内存——shmget函数

• 作用：创建一段共享内存或者读取已经存在的共享内存

• 函数原型：

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

• 参数：

  • key：共享内存的键值，是一个整数，typedef unsigned int key_t，是共享内存在系统中的编号，不同共享内存的编号不能相同，这一点由程序员保证，个人经验之谈，key用十六进制表示比较好，因为一般在终端中查看时显示的也是十六进制，用十六进制设置比较直观也方便管理。
  • size：待创建的共享内存的大小，以字节为单位
  • shmflg：共享内存的访问权限，与文件的权限一样，0666|IPC_CREAT表示全部用户对它可读写，如果共享内存不存在，就创建一个共享内存

• 返回值：

  • 成功：将返回有效的共享内存标识符
  • 失败或错误时，返回-1，并设置errno以指示错误。

连接共享内存——shmat函数

• 作用：把共享内存连接到当前进程的地址空间

• 函数原型：

  1	void *shmat(int shm_id, const void *shm_addr, int shmflg);

• 参数：

  • shm_id是由shmget函数返回的共享内存标识
  • 参数shm_addr指定共享内存连接到当前进程中的地址位置，通常为空，表示让系统来选择共享内存的地址
  • 参数shm_flg是一组标志位，通常为0。

• 返回值：

  • 成功：返回一个指向共享内存第一个字节的指针
  • 失败：返回(void*) -1，并设置errno以指示错误的原因

分离共享内存——shmdt函数

• 作用：将共享内存从当前进程中分离，相当于shmat函数的反操作

• 函数原型：

  1	int shmdt(const void *shmaddr);

• 参数：

  • shmaddr：是shmat函数返回的地址

• 返回值：

  • 成功：返回0

  • 失败：返回-1，并设置errno以指示错误的原因

删除共享内存——shmctl函数

• 作用：控制共享内存，这里注意一下，shmctl不仅可以删除共享内存，还可以做其他事情，但删除是这个函数最主要也是最常用的功能

• 函数原型：

  1	int shmctl(int shm_id, int command, struct shmid_ds *buf);

• 参数(删除)：

  • shm_id是shmget函数返回的共享内存标识符
  • command填IPC_RMID
  • buf填0

• 返回值：

  • 删除成功返回0（其他有部分操作不是，详情看man手册）
  • 失败返回-1，并会设置对应errno

• 另外：用root创建的共享内存，不管创建的权限是什么，普通用户无法删除

其他命令操作

• 用ipcs -m可以查看系统的共享内存，内容有键值（key），共享内存编号（shmid），创建者（owner），权限（perms），大小（bytes）

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  ➜ c git:(main) ✗ ipcs -m ------------ 共享内存段 -------------- 键 shmid 拥有者 权限 字节 连接数 状态 0x00000000 4 sugar 600 524288 2 目标 0x00000000 7 sugar 600 524288 2 目标 0x00000000 11 sugar 600 4194304 2 目标 0x00000000 12 sugar 600 524288 2 目标 0x00005005 13 sugar 640 56 0

• 用ipcrm -m共享内存编号，可以手工删除共享内存

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  ➜ c git:(main) ✗ ipcrm -m 13 ➜ c git:(main) ✗ ipcs -m ------------ 共享内存段 -------------- 键 shmid 拥有者 权限 字节 连接数 状态 0x00000000 4 sugar 600 524288 2 目标 0x00000000 7 sugar 600 524288 2 目标 0x00000000 11 sugar 600 4194304 2 目标 0x00000000 12 sugar 600 524288 2 目标

补充一个小demo

程序A创建共享内存并写入

代码：

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#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <iostream>

struct st_pid {
    int pid;
    char name[51];
};

int main(int argc, char* argv[]) {

    int shmid;

    if ((shmid = shmget(0x5005, sizeof (st_pid), 0640 | IPC_CREAT)) == -1) {
        printf("shmget failed\n");
        return -1;
    }

    st_pid* stpid = nullptr;
    if ((stpid = (st_pid*)shmat(shmid, nullptr, 0)) == (void*)-1) {
        printf("shmat failed\n");
        return -1;
    }

    stpid->pid = 10010;
    strcpy(stpid->name, "JOJO");

    return 0;
}

执行结果：

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➜  c git:(main) ✗ ipcs -m

------------ 共享内存段 --------------
键        shmid      拥有者  权限     字节     连接数  状态      
0x00000000 4          sugar      600        524288     2          目标       
0x00000000 7          sugar      600        524288     2          目标       
0x00000000 11         sugar      600        4194304    2          目标       
0x00000000 12         sugar      600        524288     2          目标       
0x00005005 14         sugar      640        56         0           

程序B读取共享内存并读出

代码：

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#include <stdlib.h>
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

struct st_pid {
    int pid;
    char name[51];
};

int main() {
    int shmid;
    if ((shmid = shmget(0x00005005, sizeof(st_pid), 0640 | IPC_CREAT)) == -1) {
        printf("shmget failed\n");
        return -1;
    }

    st_pid* test2 = nullptr;
    if ((test2 = (st_pid*)shmat(shmid, nullptr, 0)) == (void*)-1) {
        printf("shmat failed\n");
        return -1;
    }

    printf("name: %s\n", test2->name);
    printf("pid: %d\n", test2->pid);

    if (shmctl(shmid, IPC_RMID, nullptr) == -1) {
        printf("删除失败\n");
        return -1;
    }

    return 0;
}

执行结果：

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name: JOJO
pid: 10010

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➜  c git:(main) ✗ ipcs -m

------------ 共享内存段 --------------
键        shmid      拥有者  权限     字节     连接数  状态      
0x00000000 4          sugar      600        524288     2          目标       
0x00000000 7          sugar      600        524288     2          目标       
0x00000000 11         sugar      600        4194304    2          目标       
0x00000000 12         sugar      600        524288     2          目标