进程间通讯-共享内存

目录

什么是共享内存？

1. ​共享内存的原理

2. ​共享内存的特点

3. ​共享内存的使用步骤

4. ​共享内存与信号量的配合

5. ​示例代码

总结

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什么是共享内存？

共享内存是一种高效的进程间通信（IPC）机制，允许多个进程直接访问同一块内存区域，从而实现数据的快速交换。以下是关于共享内存的详细说明：

1. ​共享内存的原理

共享内存的核心思想是将一段物理内存映射到多个进程的虚拟地址空间中，使得这些进程可以直接读写该内存区域，而无需通过内核进行数据复制。这种方式避免了数据在用户态和内核态之间的频繁切换，因此是进程间通信中最快的方式之一

2. ​共享内存的特点

• ​高效性：由于数据直接在内存中读写，避免了数据复制的开销，因此速度非常快
• ​无内置同步机制：共享内存本身不提供同步机制，多个进程同时访问共享内存时可能会导致数据竞争。因此，通常需要结合信号量、互斥锁等同步机制来确保数据的一致性
• ​适用场景：适用于需要频繁读写、大数据量传输的场景，如音视频处理、实时数据采集等

3. ​共享内存的使用步骤

在Linux系统中，共享内存的使用通常包括以下步骤：

1. ​创建共享内存：使用 shmget() 系统调用创建或获取共享内存段
2. ​映射共享内存：使用 shmat() 将共享内存映射到进程的地址空间
3. ​读写数据：进程可以直接通过指针操作共享内存区域
4. ​分离共享内存：使用 shmdt() 将共享内存从进程地址空间中分离

4. ​共享内存与信号量的配合

由于共享内存没有内置的同步机制，通常需要与信号量结合使用。信号量用于控制多个进程对共享内存的访问顺序，防止数据竞争。例如，在生产者-消费者模型中，信号量可以确保生产者和消费者不会同时访问共享内存

5. ​示例代码

以下是一个简单的共享内存使用示例：

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

int main() {
    key_t key = ftok("shmfile", 65); // 生成唯一键值
    int shmid = shmget(key, 1024, 0666 | IPC_CREAT); // 创建共享内存
    char *str = (char*) shmat(shmid, NULL, 0); // 映射共享内存

    if (fork() == 0) { // 子进程
        sleep(1); // 等待父进程写入
        printf("子进程读取: %s\n", str);
        shmdt(str); // 分离共享内存
    } else { // 父进程
        strcpy(str, "Hello, Shared Memory!"); // 写入共享内存
        shmdt(str); // 分离共享内存
        wait(NULL); // 等待子进程
        shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL); // 删除共享内存
    }
    return 0;
}

在这个示例中，父进程创建共享内存并写入数据，子进程读取数据

总结

共享内存是一种高效的进程间通信方式，适用于需要快速传输大量数据的场景。然而，由于缺乏内置的同步机制，通常需要与信号量等同步工具结合使用，以确保数据的一致性和完整性。