Linux让共享内存自由自在

1. 共享内存的概念

共享内存是一种进程间通信的方式，它允许两个或多个进程共享同一块物理内存。不同于信号量和管道等方式，共享内存可以实现进程间的高效数据共享，大大提高了程序的执行效率。

1.1 什么是共享内存？

共享内存是一块由操作系统提供的内存区域，进程可以将其映射到自己的地址空间，从而实现对该内存区域的访问。多个进程可以同时映射同一块共享内存，从而实现数据共享。

1.2 共享内存的优势

相比其他进程间通信方式，共享内存具有以下优势：

快速：进程可以直接读写内存中的数据，无需通过复制或传递数据。

高效：共享内存适用于大量数据的共享，可以减少数据复制的开销。

灵活：进程可以根据需要访问共享内存，而不需要等待其他进程。

2. Linux下的共享内存控制

在Linux系统中，共享内存的控制主要是通过以下几个系统调用实现：

2.1 shmget

shmget系统调用用于创建或打开一个共享内存区域。它接受三个参数：key、size和flags，返回一个共享内存区域的标识符（共享内存ID）。

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
key_t key = ftok("shared_memory", 'R');
int shm_id = shmget(key, sizeof(int), IPC_CREAT | 0666);

注意：shmget函数中的第一个参数key是一个用于唯一标识共享内存的键值，通常通过ftok函数生成。

2.2 shmat

shmat系统调用用于将共享内存区域映射到当前进程的地址空间。它接受两个参数：共享内存ID和共享内存地址，返回一个指向共享内存的指针。

void* shared_memory = shmat(shm_id, NULL, 0);

注意：shmat函数中的第二个参数可以指定映射的地址，如果设置为NULL，则表示由系统自动选择一个合适的地址。

2.3 shmdt

shmdt系统调用用于断开共享内存区域与当前进程的映射关系。它接受一个参数：共享内存地址。

shmdt(shared_memory);

2.4 shmctl

shmctl系统调用用于控制共享内存区域，包括删除共享内存区域、获取共享内存信息等操作。它接受三个参数：共享内存ID、命令和可选参数。

shmctl(shm_id, IPC_RMID, NULL);

注意：通过shmctl函数删除共享内存区域时，需要指定IPC_RMID命令。

3. 示例：使用共享内存实现进程间通信

下面以一个简单的例子来说明如何使用共享内存实现进程间通信。

3.1 创建共享内存区域

首先使用shmget创建一个共享内存区域：

key_t key = ftok("shared_memory", 'R');
int shm_id = shmget(key, sizeof(int), IPC_CREAT | 0666);

这段代码生成一个共享内存ID，大小为一个整数的大小。

3.2 映射共享内存

然后使用shmat将共享内存区域映射到当前进程的地址空间：

void* shared_memory = shmat(shm_id, NULL, 0);
int* data = (int*)shared_memory;

这段代码将共享内存区域映射到指针data上。

3.3 数据读写

接下来，可以通过指针data对共享内存中的数据进行读写操作：

*data = 10;  // 写入数据
int value = *data;  // 读取数据

注意：在读写共享内存时，需要确保多个进程之间对共享内存的访问顺序。

3.4 断开映射

最后，使用shmdt将共享内存区域与当前进程断开映射关系：

shmdt(shared_memory);

这段代码会使指针shared_memory指向的共享内存区域断开与当前进程的映射关系。

3.5 删除共享内存区域

如果不再需要使用共享内存区域，可以使用shmctl函数删除它：

shmctl(shm_id, IPC_RMID, NULL);

这段代码会删除共享内存区域，并释放相关的资源。

4. 总结

共享内存是Linux下一种高效的进程间通信方式，可以实现进程间的快速数据共享。通过使用shmget、shmat、shmdt和shmctl等系统调用，可以轻松控制共享内存的创建、映射、断开和删除。在实际应用中，需要注意多个进程对共享内存的访问顺序以及共享内存的同步机制，以避免数据不一致的情况发生。