[Linux] IPC共享内存

一、共享内存原理

二、共享内存生命周期

共享内存的生命周期是随内核的。
匿名管道、命名管道、消息队列、信号量、共享内存这五种进程间通信方式。两种管道的生命周期是随进程，剩下的都是随内核的。

三、共享内存为什么是最快的通信方式？

  因为共享内存的原理是：在物理内存中直接开辟一片空间，并将空间映射到各个进程的虚拟地址空间的共享区；这时候进程就可以通过虚拟地址来直接对共享内存进行操作。
  其他通信的方式是将数据拷贝到内核态，用的时候再从内核态拷贝到用户态进行操作
  共享内存少了两步从用户态<–>内核态之间的数据拷贝过程，所以共享内存最快。

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注意共享内存并没有进行同步与互斥，所以最好搭配信号量或互斥锁来使用。

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四、共享内存的操作流程

第一步：创建共享内存

这一步需要指定标识符、大小、权限。成功会返回一个句柄。
使用函数：int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
参数：
key：共享内存标识符 这个key可以自己去指定成任意的数字也可以通过系统提供的接口 ftok 去生成一个System V 标准的 IPC key 值
size：共享内存大小，最小也是一个内存页的大小，4096个字节
shmflg：选项信息(权限信息以及如何操作共享内存)

ftok解释：
ftok - convert a pathname and a project identifier to a System V IPC key（通过一个文件名和proj id生成一个System V 标准的IPC key 值）
   key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
    具体过程：proj_id是一个数字，在ftok这个函数内部通过文件名获取到文件的inode结点号，然后将inode结点号这个数字取出一部分，再取出proj_id的一部分，合并起来组成 key 值。
    ftok的缺陷：由于ftok是通过文件名和proj_id生成一个key值，会有多个进程连接到共享内存，万一文件被删除了，那么其他进程也就无法访问到这段共享内存了。就算重新创建一个文件，文件的inode结点号也是不一样所以还是无法访问到这段共享内存。

第二步：将共享内存映射到虚拟地址空间

需要句柄、虚拟地址空间的首地址(以便知道映射到哪里去)
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
参数：
shmid: 共享内存创建返回的句柄
shmaddr：映射首地址-通常置NULL
shmflg：
0 可读可写
SHM_RDONLY 只读
返回值：成功：返回映射首地址 失败：返回 (void*)-1

第三步：进行内存操作
第四步：解除映射关系

int shmdt(const void *shmaddr);
参数：
shmaddr: 映射首地址
返回值：成功返回：0 失败返回：-1

第五步：删除共享内存

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
参数：
shmid: 句柄
cmd： 操作
IPC_RMID 删除共享内存
buf： 设置/获取属性信息
想获取传入首地址，不想获取置NULL
共享内存并不会被立即删除，而是判断当前连接数，若不为0，则拒绝后续连接，直到连接数为0的时候才删除这块共享内存。

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写一个共享内存读写的例子：
shm_read.c

/*共享内存的基本使用*/

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/shm.h>

#define IPC_KEY 0x12345678
#define PROJ_ID 0x12345678
#define SHM_SIZE    4096
int main()
{
	//1、创建/打开共享内存
    int shmid = shmget(IPC_KEY, SHM_SIZE, IPC_CREAT|0664);
    if(shmid < 0){
		perror("shmget error");
		return -1;
    }

	//2、将共享内存映射到虚拟地址空间
    char *shm_start = (char*)shmat(shmid, NULL, 0);
    if(shm_start == (void*)-1){
		perror("shmat error");
		return -1;
    }

    //3、进行内存操作
    int i = 0;
    while(1){
		printf("%s\n", shm_start);
		sleep(1);
    }

    //4、解除映射关系
    shmdt(shm_start);

    //5、删除共享内存
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}

shm_write.c

/*共享内存的基本使用*/

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/shm.h>

#define IPC_KEY 0x12345678
#define PROJ_ID 0x12345678
#define SHM_SIZE    4096
int main()
{
    //1、创建/打开共享内存
    int shmid = shmget(IPC_KEY, SHM_SIZE, IPC_CREAT|0664);
    if(shmid < 0){
		perror("shmget error");
		return -1;
    }
    //2、将共享内存映射到虚拟地址空间
    char *shm_start = (char*)shmat(shmid, NULL, 0);
    if(shm_start == (void*)-1){
		perror("shmat error");
		return -1;
    }
    //3、进行内存操作
    int i = 0;
    while(1){
		sprintf(shm_start, "开始输出！！！ +%d\n", i++);
		sleep(1);
    }
    //4、解除映射关系
    shmdt(shm_start);
    //5、删除共享内存
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}