本文介绍了Linux中System V共享内存通信体系。先阐述其概念，即独立于管道通信的系统函数调用接口。接着详细讲解使用方法，包括申请空间的shmget、ftok、shmctl函数，建立映射的shmat、shmdt函数。还分析了其优势是速度快、拷贝次数少，弊端是缺乏访问控制、操作复杂。
目录
1. 概念
system V 是Linux自己支持的一套通信体系，不同于管道通信基于文件的形式，而是独立的一套系统函数调用接口。
通信的本质是两不同的进程能够看到同一份资源，这个资源可以是文件，也可以单单就是一块内存。如果两个进程可以像malloc申请一块空间一样，对申请同一块空间，并对空间进行读写，是不是也可以达到通信的目的呢？
第一步，向操作系统申请共享内存空间，第二步，建立映射
共享内存块，在操作系统中也是一种资源，如果被大量的申请，是不是也需要把这些共享内存块管理起来呢？肯定是要的，所以要对这些块，进行描述和组织，形成共享内存对应的数据结构
共享内存 = 共享内存块 + 对应共享内存的数据结构
在这些数据结构中就会保存共享内存的一些属性，例如，唯一标识符，权限，大小等等
查看系统中的共享内存资源
ipcs -m2. 使用方法
2.1 申请空间
shmget
函数作用：
向系统申请共享内存，拿到这个共享内存的标识符
参数：
- key: key_t是一个整形，他的数据内容不重要，重要的是他要具有唯一性，就像一把钥匙，只有有这把🔑的进程，才能打开这个共享内存。这个可以通过系统提供的算法函数ftok来生成钥匙。
- size：申请共享内存的大小，最好是页（4096byte）的整数倍，因为操作系统会按照页的整数倍申请空间。
- shmflg：创建规则，和创建文件的属性
IPC_CREAT(0) 如果不存在，创建并返回，如果存在，直接返回存在空间的shmid IPC_CREAT | IPC_EXCL 如果不存在，创建并返回，如果存在，返回错误 | 空间属性（例如0664） 如果没有，权限全0，和文件类似的权限 返回值：
成功返回 shmid（用户层的共享内存标识符，类似于文件标识符fd）
失败返回 -1
ftok
函数作用：
通过算法生成重复率极低的key
参数：
- pathname：文件或者目录的路径，必须真实存在，有inode，内容是什么不重要
- proj_id：int类型的整数，必须非0，一样内容是什么不重要
原理：
重要的是，这个函数会根据文件的inode和proj_id的低8位，通过它的算法生成一个key，只要传进去的两个参数相同，返回的key值也一定是确定的，根本目的是为了保障生成一个重复率极低的key
返回值：
成功：返回key_t值失败：返回-1
shmctl
函数作用：
控制shm共享内存，主要作用是删除，也可以获取shm数据结构的信息，或者对其设置
参数：
- shmid：共享内存的描述符shmget的返回值
- cmd：设置IPC_RMID代表删除
- buf：输出型参数，用于获取shm数据结构中的属性（删除设置为nullptr就行）
返回值：
成功：返回0失败：返回-1
注意：
1. 如果不删除共享内存，他就会一直存在在你的操作系统中，shm的生命周期随内核，只要你不主动关闭，只有重启才能解决它了
除了这种删除方式，还有命令行方式
ipcrm -m shmid2. 即便还有进程在挂接当前shm，删除是强制执行的，不管有没有挂接
2.2 建立映射
shmat
函数作用：
shm attach挂接，通过建立页表映射，建立虚拟地址和物理地址的链接，拿到物理地址的起始地址
参数：
- shmid：共享内存的描述符shmget的返回值
- shmaddr：你可以给他一个起始地址，然后他会向后找可用的空间，建立映射并返回，一般建议，设为0，让他自己在共享区建立映射
- 读写权限设置，0表示读写，SHM_RDONLY表示只读
返回值：
成功：返回起始地址void*失败：返回(void*)-1
shmdt
函数作用：
shm detach拆除，拆除挂接
参数：
- shmaddr：虚拟内存中shm的起始地址，shmat的返回值
返回值：
成功：返回0失败：返回-1
3. 优势
是速度对快的IPC通信方式
重要原因是拷贝次数少，为什么拷贝次数少呢？
相比于管道通信基于文件，共享内存是基于用户空间的内存的，文件属于内核级空间内，如果要读写，都需要利用read和write文件系统调用接口，而使用这些接口就必须，先把内容存在一个缓冲区buffer，这就必须要多拷贝一次，读写各一次
而shm共享内存，是用户空间上的内容，不需要再调用系统接口写入，直接写就可以，减少了拷贝
4. 弊端
- 共享内存缺乏访问控制，会产生并发问题（并发问题，信号量，后面会写）
- 操作复杂，而且相当于另起炉灶，和Linux下一切皆文件的思想冲突
小实验：
log.hpp
#pragma once
#include <ctime>
#include <iostream>
#include <string>
enum status
{
Debug,
Notice,
Warning,
Error
};
const std::string str[] = {
"Debug",
"Notice",
"Warning",
"Error"
};
std::ostream& log(std::string message, status level)
{
std::cout << " | " << str[level] << " | " << (unsigned int)time(nullptr) << " | " << message << "\t";
return std::cout;
}head.hpp
#pragma once
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<string>
#include<cstdlib>
#include<cassert>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/shm.h>
#include<fcntl.h>
#include"log.hpp"
using namespace std;
#define PATH_NAME "."
#define SIZE 4096
#define ID 066
#define FIFO_NAME "./fifo"
#define READ O_RDONLY
#define WRITE O_WRONLY
class Init
{
public:
Init()
{
int n = mkfifo(FIFO_NAME, 0664);
if(n == -1)
{
perror("mkfifo");
exit(1);
}
}
~Init()
{
int n = unlink(FIFO_NAME);
assert(n != -1);
}
};
int Open(string pathname, int flags)
{
int fd = open(pathname.c_str(), flags);
if(fd < 0)
{
perror("open");
exit(1);
}
return fd;
}
void Wait(int fd)
{
log("waiting....", Notice) << endl;
uint32_t temp = 0;
ssize_t sz = read(fd, &temp, sizeof(temp));
assert(sz == sizeof(temp));
}
void Signal(int fd)
{
uint32_t temp = 1;
ssize_t sz = write(fd, &temp, sizeof(temp));
assert(sz == sizeof(temp));
log("signal....", Notice) << endl;
}
void Close(int fd)
{
close(fd);
}shm_client.cc
#include "head.hpp"
int main()
{
key_t key = ftok(PATH_NAME, ID);
if (key == -1)
{
perror("ftok");
exit(1);
}
log("ftok key success", Debug) << "key: " << key << endl;
// 链接共享内存
int shmid = shmget(key, SIZE, IPC_CREAT);
if (shmid == -1)
{
perror("shmid");
exit(2);
}
log("shmget success", Debug) << "shmid: " << shmid << endl;
// sleep(10);
// 挂接shm
char *shmaddr = (char *)shmat(shmid, nullptr, 0);
if (shmaddr == (char *)-1)
{
perror("shmat");
exit(3);
}
log("shmat success", Debug) << "shmaddr: " << (void *)shmaddr << endl;
// sleep(10);
// 进行写操作
int fifo_fd = Open(FIFO_NAME, WRITE);
while(true)
{
ssize_t sz = read(0, shmaddr, SIZE - 1);
assert(sz > 0);
shmaddr[sz - 1] = '\0';
Signal(fifo_fd);
if(strcmp("quit", shmaddr) == 0)
break;
}
// while (true)
// {
// ssize_t sz = read(0, shmaddr, SIZE - 1);
// assert(sz > 0);
// shmaddr[sz - 1] = '\0';
// if(strcmp("quit", shmaddr) == 0)
// break;
// }
// char a = 'a';
// for(; a <= 'z'; a++)
// {
// shmaddr[a - 'a'] = a;
// //snprintf(shmaddr, SIZE, "我是client,我的pid:%d,信息:%c", getpid(), a);
// sleep(1);
// }
// strcpy(shmaddr, "quit");
log("client quit", Notice) << endl;
// 分离挂接
int ret = shmdt(shmaddr);
assert(ret != -1);
log("shmdt success", Debug) << "shmaddr: " << (void *)shmaddr << endl;
// 不需要删除
return 0;
}shm_server.cc
#include "head.hpp"
string TRANSTOHEX(int x) // 转16进制
{
char str[35]; // 32+2+1
snprintf(str, sizeof(str), "0x%x", x);
return str;
}
Init init;
int main()
{
key_t key = ftok(PATH_NAME, ID);
if (key == -1)
{
perror("ftok");
exit(1);
}
log("ftok key success", Debug) << "key: " << TRANSTOHEX(key) << endl;
// sleep(10);
// 创建共享内存
int shmid = shmget(key, SIZE, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0664);
if (shmid == -1)
{
perror("shmid");
exit(2);
}
log("shmget success", Debug) << "shmid: " << shmid << endl;
// sleep(10);
// 挂接shm
char *shmaddr = (char *)shmat(shmid, nullptr, 0);
if (shmaddr == (char *)-1)
{
perror("shmat");
exit(3);
}
log("shmat success", Debug) << "shmaddr: " << (void *)shmaddr << endl;
// sleep(10);
// 进行读操作
// 读，利用管道，构建访问控制
int fifo_fd = Open(FIFO_NAME, READ);
while(true)
{
Wait(fifo_fd);
cout << shmaddr << endl;
if (strcmp(shmaddr, "quit") == 0)
{
log("server quit", Notice) << endl;
break;
}
}
// while (true)
// {
// cout << shmaddr << endl;
// if (strcmp(shmaddr, "quit") == 0)
// {
// log("server quit", Notice) << endl;
// break;
// }
// sleep(1);
// }
// 分离挂接
int ret = shmdt(shmaddr);
assert(ret != -1);
log("shmdt success", Debug) << "shmaddr: " << (void *)shmaddr << endl;
// sleep(10);
// 删除共享内存
int n = shmctl(shmid, IPC_RMID, nullptr);
assert(n != -1);
log("shmrm success", Debug) << "shmid: " << shmid << endl;
return 0;
}完。
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