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Linux笔记---System V共享内存

news 来源：原创 2025/5/11 5:38:35

1. System V共享内存简介

System V共享内存是一种在Linux系统中用于进程间通信的机制。顾名思义，就是申请一段可供多个进程共享的内存，以用于进程间通信，相对于管道机制要更加直接。

1.1 原理

System V共享内存通过创建和使用一个特定的IPC键来标识共享内存段，允许进程通过调用shmget创建一个新的共享内存段或访问一个已存在的共享内存段，然后使用shmat和shmdt来挂载和卸载内存。

1.2 特点

高效快速：共享内存是进程间通信的一种最基本、最快速的机制，一旦共享内存映射到共享它的进程的地址空间，这些进程间数据传递不再涉及到内核，进程不再通过执行进入内核来传递彼此的数据，从而提高了数据传输的效率。

底层控制：提供了更底层的控制方式，适合需要对内存进行精细管理和控制的场景。

广泛支持：在较早的UNIX版本中引入，在各种UNIX-like系统中都有广泛支持。

1.3 使用步骤

要使一个进程获得一段指定的共享内存并正确使用，需要按照以下步骤进行操作：

获取共享内存段：使用shmget函数获取或创建（如果共享内存不存在）共享内存段。
挂载共享内存段：使用shmat函数将获取到的共享内存段映射到进程地址空间。
使用共享内存段：像使用malloc申请的内存一样使用共享内存（注意不要越界），期间可通过shmctl函数对共享内存段进行控制。
卸载共享内存段：使用shmdt函数解除共享内存段到进程地址空间的映射。
释放共享内存段：共享内存段不再使用时（所有进程都卸载了这个共享内存段），使用shmctl函数将共享内存段释放。

注意：共享内存未提供同步机制，在使用时通常需要借助信号量等其他机制来同步对共享内存的访问。

2. 使用方法

2.1 获取共享内存段(shmget)

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

功能：获取一段共享内存(获取到这段共享内存的描述符)。

函数参数

key：用于标识共享内存的键值，该键值由使用共享内存的双方进行规定，以确保二者获取到的是同一块共享内存。
size：要创建共享内存的大小，所有的内存分配操作都是以页为单位的，所以即使只申请只有一个字节的内存，内存也会分配整整一页。
shmflg：表示创建的共享内存的模式标志参数，常用的有以下两个：
- IPC_CREAT：如果内核中不存在关键字与key相等的共享内存，则新建一个共享内存；如果存在这样的共享内存，返回此共享内存的标识符。
- IPC_EXCL：如果内核中不存在键值与key相等的共享内存，则新建一个共享内存；如果存在这样的共享内存则报错。
- 通常负责创建共享内存的进程使用参数(IPC_CREAT | IPC_EXCL)，而使用共享内存的进程使用参数(IPC_EXCL)。

返回值

成功：返回共享内存的标识符(类似于文件描述符)。

出错：-1，错误原因存于errno中。

键值的常用获取方式

键值发生冲突是很有可能的，所以我们要尽可能地采用不易发生冲突的方式来产生键值，最常用的一个方法就是使用ftok函数来生成。

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

通常我们传入当前项目所在路径作为第一个参数，传入一个随机值(或特定值)作为第二个参数。

ftok的返回值就是根据传入参数生成的一个键值。

2.2 挂载/卸载共享内存段(shmat/shmdt)

#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

功能：将共享内存段连接到进程的地址空间，使得进程能够访问共享内存中的数据。

函数参数：

shmid：由shmget函数返回的共享内存标识符，用于标识要连接的共享内存段。

shmaddr：指定共享内存连接到进程中的地址位置，通常设置为0，表示由系统自动选择合适的虚拟内存地址。

shmflg：一组标志位，通常为0。如果设置了SHM_RDONLY位，则以只读方式连接共享内存段；否则以读写方式连接。

返回值：

成功：返回一个指向共享内存第一个字节的指针，进程可以通过该指针访问共享内存中的数据。

失败：返回-1。

#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>int shmdt(const void *shmaddr);

功能：将共享内存从进程的地址空间中分离，使进程无法再访问该共享内存段，但并不删除共享内存本身。

函数参数：shmaddr是shmat函数返回的地址指针，即指向要分离的共享内存段的指针。

返回值：

成功：返回0。

失败：返回-1。

2.3 释放共享内存(shmctl)

不同于之前的函数，释放共享内存只是shmctl的功能之一。

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

参数说明

shmid：共享内存段的标识符，通常是由shmget函数返回的。

cmd：要执行的操作命令，删除指定共享内存段：IPC_RMID。

buf：一个指向struct shmid_ds类型结构的指针，该结构包含共享内存段的状态信息。根据cmd参数的不同，buf参数可以用于输入或输出。

返回值