并发编程--共享内存SHM

共享内存SHM

1. 基本概念

共享内存，顾名思义，就是通过不同进程共享一段相同的内存来达到通信的目的，由于SHM对象不再交由内核托管，因此共享内存SHM对象是众多IPC方式最高效的一种方式，但也因为这个原因，SHM一般不能单独使用，而需要配合诸如互斥锁、信号量等协同机制使用。

2. 函数接口

使用共享内存的一般步骤是：

1. 获取共享内存对象的ID
2. 将共享内存映射至本进程虚拟内存空间的某个区域
3. 当不再使用时，解除映射关系
4. 当没有进程再需要这块共享内存时，删除它。

下面来详细介绍这些函数接口的用法。

2.1 创建或打开SHM对象

与消息队列类似，SHM对象的创建或打开也需要一个唯一的键值标识，并且需要指定内存的大小尺寸，具体接口如下：

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

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

接口说明：

• 返回值：SHM对象ID
• 参数key：SHM对象键值
• 参数size：共享内存大小
• 参数shmflg：创建模式和权限
  • IPC_CREAT：如果key对应的共享内存不存在，则创建SHM对象
  • IPC_EXCL：如果该key对应的共享内存已存在，则报错
  • 权限与文件创建open类似，用八进制表示

示例代码：

int main(void)
{
	key_t key = ftok(".", 1);
	int shmid;

	// 创建或打开一个大小为1024自己的SHM对象，获取其ID
	shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT|0666);
	if(shmid < 0)
	{
		perror("创建SHM对象失败");
	}

	// ...

	return 0;
}	

2.2 映射 / 解除映射SHM对象

有了SHM对象的ID之后，必须先将其映射到用户进程的内存空间之后方可使用，映射接口如下：

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

void *shmat(int shmid, const void *shmaddr/*一般为NULL*/, int shmflg);

接口说明：

• 功能：
  • 将指定的共享内存，映射到本进程内存空间
• 参数：
  • shmid：指定的共享内存的ID
  • shmaddr：指定映射后的地址，因为是虚拟地址，分配的原则要兼顾诸如段对齐、权限分配等问题，因此用户进程是无法指定的，只能由系统自动分配，因此此参数一般为NULL，表示交由系统来自动分配。
  • shmflg：可选项
    • 0：默认，代表共享内存可读可写。
    • SHM_RDONLY：代表共享内存只读。
• 返回值：
  • 共享内存映射后的虚拟地址入口。

正确映射之后，命令ipcs -m查看SHM对象时，可从nattch列中看到已映射进程个数：

aidevelop@aidevelop-vm:~$ ipcs -m

------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status      
0x00000000 688132     aidevelop  600        67108864   2          dest         
0x00000000 688137     aidevelop  600        524288     2          dest         
0x00000000 688138     aidevelop  600        524288     2          dest         
0x00000000 688139     aidevelop  600        4389528    2          dest         
0x00000000 688142     aidevelop  600        524288     2          dest         
0x5101374a 20         aidevelop  600        1024       1                    

使用完SHM对象后，需要将其跟进程解除关联关系，即解除映射，函数接口如下：

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

int shmdt(const void *shmaddr);

该函数接口非常简单，参数就是从 shmat() 返回的SHM对象的入口指针。

2.3 其余操作

与其他IPC对象一样，共享内存也有一个control函数，可用于设置SHM对象属性信息、获取SHM属性信息、删除SHM对象等其余操作，接口如下：

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

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

接口说明：

• shmid：指定的共享内存的ID
• cmd：一些命令字
  • IPC_STAT：获取共享内存 的一些信息，放入shmid_ds{ }中
  • IPC_SET：将 buf 中指定的信息，设置到本共享内存中
  • IPC_RMID：删除指定的共享内存，此时第三个参数 buf 将被忽略
• buf：用来存放共享内存信息的结构体

用的较多的就是删除SHM对象，示例代码如下：

shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

2.4示例代码

int main(int argc,char *argv[])
{
    key_t key = ftok(".",1);

    int shmid = shmget(key, SHMSIZE, IPC_CREAT | 0666);

    char *addr1 = shmat(shmid,NULL,0);
    
    bzero(addr1,SHMSIZE);
    fgets(addr1, SHMSIZE,stdin);

    shmdt(addr1);

    return 0;
}

int main(int argc,char *argv[])
{
    key_t key = ftok(".",1);

    int shmid = shmget(key, SHMSIZE, IPC_CREAT | 0666);

    char *addr2 = shmat(shmid,NULL,0);
    
    printf("from Jack : %s",addr2);

    shmdt(addr2);

    return 0;
}