System V 共享内存

lavonXV

共享内存是一种进程间通信（IPC）机制，允许多个进程共享一块内存区域，以实现数据的快速传递和共享。System V 共享内存是 UNIX 系统中一种经典的共享内存机制，具有广泛的应用。本文将详细介绍 System V 共享内存的概念、创建与使用方法，并提供示例代码以便更好地理解其实现和应用。


1. 概念与原理

共享内存是一种高效的进程间通信方式，允许多个进程直接访问同一块内存区域，避免了频繁的数据复制。System V 共享内存是基于 System V IPC（Inter-Process Communication）机制的一部分，通过系统调用进行操作。

1.1 关键概念

(1) 共享内存段：共享内存段是分配给多个进程共享的内存区域，每个共享内存段由一个唯一的标识符（shmid）进行标识。

(2) 键（key）：键是用于创建或访问共享内存段的标识符，通过 `ftok` 函数生成。相同的键会得到相同的共享内存段标识符。

(3) 标志（flags）：在创建共享内存段时，可以通过标志来设置权限和控制选项，如 `IPC_CREAT` 表示如果不存在则创建共享内存段。

2. 创建与使用

2.1 创建共享内存段

要创建一个共享内存段，需要使用 `shmget` 系统调用。

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

复制代码

(1) `key`：共享内存段的键值，由 `ftok` 函数生成。
(2) `size`：共享内存段的大小（字节数）。
(3) `shmflg`：标志和权限，常用的标志包括 `IPC_CREAT` 和 `IPC_EXCL`。

示例代码：

1. 
   
2. key_t key = ftok("path/to/file", 'R');
   
3. int shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0666);
   
4. if (shmid == -1) {
   
5.     perror("shmget failed");
   
6.     exit(1);
   
7. }

复制代码

2.2 附加和分离共享内存段

创建共享内存段后，进程需要将其附加到自身的地址空间，这可以通过 `shmat` 系统调用实现。完成操作后，可以通过 `shmdt` 系统调用将其分离。

1. 
   
2. void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
   
3. int shmdt(const void *shmaddr);

复制代码

示例代码：

1. 
   
2. void *shared_memory = shmat(shmid, NULL, 0);
   
3. if (shared_memory == (void *)-1) {
   
4.     perror("shmat failed");
   
5.     exit(1);
   
6. }
   
7. 
   
8. // 使用共享内存...
   
9. 
   
10. if (shmdt(shared_memory) == -1) {
    
11.     perror("shmdt failed");
    
12.     exit(1);
    
13. }
    

复制代码

2.3 控制共享内存段

使用 `shmctl` 系统调用可以对共享内存段进行控制，如删除共享内存段、获取状态信息等。

1. 
   
2. int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

复制代码

(1) `shmid`：共享内存段的标识符。
(2) `cmd`：控制命令，如 `IPC_RMID` 用于删除共享内存段。
(3) `buf`：存储状态信息的结构体指针。

示例代码：

1. 
   
2. if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
   
3.     perror("shmctl failed");
   
4.     exit(1);
   
5. }

复制代码

3. 示例应用

以下是一个示例程序，展示了如何使用 System V 共享内存在两个进程之间进行通信。

3.1 创建和写入共享内存段

创建一个共享内存段并写入数据。

1. 
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <sys/ipc.h>
   
5. #include <sys/shm.h>
   
6. #include <string.h>
   
7. 
   
8. int main() {
   
9.     key_t key = ftok("shmfile", 65);
   
10.     int shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0666);
    
11.     if (shmid == -1) {
    
12.         perror("shmget failed");
    
13.         exit(1);
    
14.     }
    
15. 
    
16.     char *str = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
    
17.     if (str == (char *)-1) {
    
18.         perror("shmat failed");
    
19.         exit(1);
    
20.     }
    
21. 
    
22.     strcpy(str, "Hello, Shared Memory!");
    
23.     printf("Data written to shared memory: %s\n", str);
    
24. 
    
25.     if (shmdt(str) == -1) {
    
26.         perror("shmdt failed");
    
27.         exit(1);
    
28.     }
    
29. 
    
30.     return 0;
    
31. }
    

复制代码

3.2 读取共享内存段

在另一个进程中读取共享内存段中的数据。

1. 
   
2. 
   
3. #include <stdio.h>
   
4. #include <stdlib.h>
   
5. #include <sys/ipc.h>
   
6. #include <sys/shm.h>
   
7. 
   
8. int main() {
   
9.     key_t key = ftok("shmfile", 65);
   
10.     int shmid = shmget(key, 1024, 0666);
    
11.     if (shmid == -1) {
    
12.         perror("shmget failed");
    
13.         exit(1);
    
14.     }
    
15. 
    
16.     char *str = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
    
17.     if (str == (char *)-1) {
    
18.         perror("shmat failed");
    
19.         exit(1);
    
20.     }
    
21. 
    
22.     printf("Data read from shared memory: %s\n", str);
    
23. 
    
24.     if (shmdt(str) == -1) {
    
25.         perror("shmdt failed");
    
26.         exit(1);
    
27.     }
    
28. 
    
29.     if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
    
30.         perror("shmctl failed");
    
31.         exit(1);
    
32.     }
    
33. 
    
34.     return 0;
    
35. }
    

复制代码

4. 总结

System V 共享内存是 UNIX 系统中一种高效的进程间通信机制，通过共享内存段，多个进程可以直接读写同一块内存区域。本文详细介绍了共享内存的概念、创建与使用方法，并提供了示例代码，帮助读者更好地理解和应用这一技术。希望这些内容能帮助您在实际项目中更高效地实现进程间通信。