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Linux操作系统4-进程间通信5（共享内存实现两个进程通信）

news 来源：原创 2025/5/8 2:40:31

上篇文章：Linux操作系统4-进程间通信4（共享内存原理，创建，查看，命令）-CSDN博客

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本篇重点：进程关联与去关联共享内存，实现两个进程通信

一. 进程关联共享内存

两个进程想要通过共享内存进行通信，在创建共享内存之后还需要将这个共享内存与我们的进程相关联。

进程关联共享内存的系统调用如下：

//头文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>

//函数原型
void* shmat(int shmid, const void* shmarr, int shmflg)

//参数
shimid 想要关联共享内存的id
shmarr 想要关联共享内存的地址空间，一般设置为NULL
shmflg 一般设置为0

//返回值
返回共享内存通过页表映射到进程地址空间的起始地址

二. 进程去关联共享内存

在我们使用完了这段共享内存后，如果想要让其他进程进行通信。可以让当前的进程与共享内存去关联

系统调用如下：

//头文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>

int shmdt(const void* shmaddr);

shmaddr 我们关联共享内存时候获取的地址

返回值：成功返回0，失败返回-1

三. 删除共享内存

在上篇文章中，我们使用命令 ipcs -m 查看共享内存。使用命令 ipcrm -m 删除共享内存

我们也可以通过系统调用来删除共享内存

系统调用如下：

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

//用于对共享内存的控制（包含删除）
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf)

cmd:传入的二进制标志位
IPC_RMID：立即移除对应的共享内存

buf:删除的话直接设置为NULL即可

返回值，失败返回-1，错误码被设置

四. 实现通信

4.1 common.hpp

这个头文件用于实现创建，关联，去关联，删除共享内存的代码。之后只需要让server.cpp和client.cpp去调用代码即可。

创建共享内存：对于client和server来说，需要由不同的操作，server需要创建共享内存，并且存在共享内存需要出错返回，而client只需要获取共享内存的id即可

代码如下：

#include <iostream>

#include <cassert>
#include <cstring>
#include <cstdlib>

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <error.h>
#include <unistd.h>

// 当前的绝对路径用于获取key
#define PATHNAME "."
#define PROJ_ID 2025221
#define MAXSIZE 5

// 获取key值
key_t getKey()
{
    // 获取一个key
    key_t key = ftok(PATHNAME, PROJ_ID);
    assert(key != -1);
}

// 传入key，创建共享内存,并返回其id
// flag是为了区分不同的进程，创建共享内存的进程需要出错返回，而另一个进程则不需要
int getShmHelp(const key_t key, int flag)
{
    int sid = shmget(key, MAXSIZE, flag);
    assert(sid >= 0);
}

// 共享内存存在，需要出错返回，并且提供权限
int creatShm(key_t key)
{
    return getShmHelp(key, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
}

// 存在共享内存，不做任何事，只是返回id
int getShm(key_t key)
{
    return getShmHelp(key, IPC_CREAT);
}

关联共享内存：传入id，关联共享内存，返回地址空间的起始地址即可

// 关联共享内存与进程
void *attachShm(int shmid)
{
    void *mem = shmat(shmid, nullptr, 0);
    if ((long long)mem == -1l) // 指针占8字节
    {
        std::cerr << "attachShm error" << errno << ":" << strerror(errno) << std::endl;
        exit(1);
    }
    return mem;
}

去关联共享内存：传入id，去关联即可

// 去关联共享内存
void detachShm(void *start)
{
    int n = shmdt(start);
    if (n == -1)
    {
        std::cerr << "detachShm error" << errno << ":" << strerror(errno) << std::endl;
        exit(2);
    }
}

删除共享内存：传入id，删除即可

// 删除共享内存
void deleteShm(int shmid)
{
    int n = shmctl(shmid, IPC_RMID, nullptr);
    if (n == -1)
    {
        std::cerr << "deleteShm error" << errno << ":" << strerror(errno) << std::endl;
        exit(3);
    }
}

4.2 server.cpp

共享内存通信让进程地址空间与共享内存通过页表进行了映射，所以我们只需要直接向字符串一样输出信息即可。

server端接收来自client端发送的消息

代码如下：

#include "common.hpp"
#include <iostream>
#include <string>

int main()
{
    // 1.创建共享内存
    int shmid = creatShm(getKey());
    std::cout << "server 创建共享内存成功" << std::endl;

    // 2.关联共享内存和进程地址空间的映射
    char *start = (char *)attachShm(shmid);
    std::cout << "server 关联共享内存成功" << std::endl;
    sleep(5);

    // 开始通信
    while (true)
    {
        // 服务端接收信息，由于有地址空间的映射。
        // 我们只需要和字符串一样接收即可
        std::cout << start << std::endl;
        sleep(1);
    }

    // 3.去关联共享内存与进程地址空间的映射
    detachShm(start);
    std::cout << "server 去关联共享内存成功" << std::endl;

    // 4.强制删除共享内存
    deleteShm(shmid);
    std::cout << "server 删除共享内存成功" << std::endl;

    return 0;
}

4.3 client.cpp

client端无需删除共享内存

#include "common.hpp"
#include <iostream>

int main()
{
    // 获取共享内存id
    int shmid = getShm(getKey());
    std::cout << "client 获取共享内存id成功" << " sid为" << shmid << std::endl;

    // 关联共享内存
    char *start = (char *)attachShm(shmid);
    std::cout << "client 关联共享内存成功" << std::endl;

    // 开始通信
    const char *message = "你好server，我是client ...";
    int cnt = 0;
    while (true)
    {
        snprintf(start, MAXSZIE, "%s[client pid:%d][消息编号:%d]", start, getpid(), cnt++);
        sleep(1);
    }

    // 去关联共享内存
    detachShm(start);
    std::cout << "client 去关联共享内存成功" << std::endl;

    // client无需删除共享内存，server删除
    return 0;
}