Linux——进程间通信（共享内存）

一、共享内存

1、定义

共享内存为多个进程之间共享和传递数据提供了一种有效的方式。共享内存是先在物理内存上申请一块空间，多个进程可以将其映射到自己的虚拟地址空间中。所有进程都可以访问共享内存中的地址，就好像它们是由malloc分配的一样。如果某个进程共享内存写入了数据，所做的改动将立刻被可以访问同一段共享内存的任何其他进程看到。

2、共享内存示例

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

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

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

 int shmdt(const void *shmaddr);

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

3、函数介绍

shmget()用于创建或者获取共享内存
shmget()成功返回共享内存的 ID，失败返回-1
key：不同的进程使用相同的 key 值可以获取到同一个共享内存
size：创建共享内存时，指定要申请的共享内存空间大小

如果是获取已经存在的共享内存，则可以把size设置为0。

shmflg: IPC_CREAT IPC_EXCL
shmflg参数的使用和含义与semget系统调用的sem_flags参数相同。

shmat()将申请的共享内存的物理内存映射到当前进程的虚拟地址空间上
shmat()成功返回返回共享内存的首地址，失败返回 NULL
shmaddr：一般给 NULL，由系统自动选择映射的虚拟地址空间
shmflg：一般给 0，可以给 SHM_RDONLY 为只读模式，其他的为读写

shmdt()断开当前进程的 shmaddr 指向的共享内存映射
shmdt()成功返回 0，失败返回-1

shmctl()控制共享内存
shmctl()成功返回 0，失败返回-1
cmd： IPC_RMID

4、例题理解

（1）例1：进程a向共享内存写入数据，进程b从共享内存中读取数据并显示；

参考代码：

//a.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<assert.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/shm.h>

int main()
{
	int shmid=shmget((key_t)1234,256,IPC_CREAT|0600);
	assert(shmid!=-1);
 
	char* s=(char* )shmat(shmid,NULL,0);
	if(s==(char*)-1)//失败返回-1
	{
		exit(1);
	}
	strcpy(s,"hello");
	shmdt(s);
	exit(0);
}


//b.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<assert.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/shm.h>
 
int main()
{
	int shmid=shmget((key_t)1234,256,IPC_CREAT|0600);
	assert(shmid!=-1);
 
	char* s=(char* )shmat(shmid,NULL,0);
	if(s==(char*)-1)//失败返回-1
	{
		exit(1);
	}
	printf("%s",s);
	shmdt(s);
	shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);//IPC_RMID:删除，返回NULL
	exit(0);
}

（2）例2：进程a从键盘循环获取数据并拷贝到共享内存中，进程b从共享内存中获取并打印数据。要求进程a输入一次，进程b输出一次，若进程a不输入，进程b也不输出。

参考代码：

//sem.h
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<sys/sem.h>
#define SEM1 0
#define SEM2 1
#define SEM_NUM 2
 
union semun
{
	int val;
};
 
void sem_init();
void sem_p(int index);//两个信号量，需要传参
void sem_v(int index);
void sem_destory();

//sem.c
#include"sem.h"
 
static int semid=-1;
void sem_init()
{
	semid=semget((key_t)1234,SEM_NUM,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0600);
	if(semid==-1)
	{
		semid=semget((key_t)1234,SEM_NUM,IPC_EXCL|0600);
		if(semid==-1)
			perror("create sem error\n");
	}
	else
	{
		union semun a;
		int arr[SEM_NUM]={1,0};
		for(int i=0;i<SEM_NUM;i++)
		{
			a.val=arr[i];
			if(semctl(semid,i,SETVAL,a)==-1)
			{
				perror("semctl setval error!\n");
			}
		}
	}
}
 
void sem_p(int index)
{
	if(index<0||index>=SEM_NUM)
	{
		return;
	}
	struct sembuf buf;
	buf.sem_num=index;
	buf.sem_op=-1;
	buf.sem_flg=SEM_UNDO;
	if(semop(semid,&buf,1)==-1)
	{
		printf("sem p err\n");
	}
}
 
void sem_v(int index)
{
	if(index<0||index>=SEM_NUM)
	{
		return;
	}
	struct sembuf buf;
	buf.sem_num=index;
	buf.sem_op=1;
	buf.sem_flg=SEM_UNDO;
	if(semop(semid,&buf,1)==-1)
	{
		printf("sem v err\n");
	}
}
 
void sem_destory()
{
	if(semctl(semid,0,IPC_RMID)==-1)
	{
		printf("semctl del err\n");
	}
}


//a.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<assert.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/shm.h>
#include"sem.h"

int main()
{
	int shmid=shmget((key_t)1234,256,IPC_CREAT|0600);
	assert(shmid!=-1);
 
	char* s=(char* )shmat(shmid,NULL,0);
	if(s==(char*)-1)失败返回-1
	{
		exit(1);
	}
	sem_init();
	while(1)
	{
		printf("input:\n");
		char buff[128]={0};
		fgets(buff,128,stdin);
		sem_p(0);
		strcpy(s,buff);
		sem_v(1);
		if(strncmp(buff,"end",3)==0)
		{
			break;
		}		
		
	}
	shmdt(s);
	exit(0);
}

//b.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<assert.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/shm.h>
#include"sem.h"

int main()
{
	int shmid=shmget((key_t)1234,256,IPC_CREAT|0600);
	assert(shmid!=-1);
 
	char* s=(char* )shmat(shmid,NULL,0);
	if(s==(char*)-1)//失败返回-1
	{
		exit(1);
	}
	sem_init();
	while(1)
	{
		sem_p(1);
		if(strncmp(s,"end",3)==0)
		{
			break;
		}
		printf("read:%s\n",s);
		sem_v(0);
	}
	shmdt(s);
	sem_destory();
	exit(0);
}

如有错误，敬请指正。

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