linux进程间通信共享内存

1. 共享内存

1. 共享内存技术是功能最强、应用最广的进程间通信技术。其原理是多个进程共享相同的物理内存区，一个进程对该内存区的任意修改，可以被其它进程立即看到。
   通过共享内存区，进程之间可以交换任意长度的数据，且交换过程无需经过内核转发，在进程的用户空间内就可以完成，所以数据的传输速率就非常高。参与通信的进程只是修改了自己的某个特定线性地址的数据而已。

2. 底层实现

回想进程内存布局，进程访问的地址是自己进程空间的线性地址，内核负责把线性地址映射为实际物理地址。操作系统以内存页为单位管理物理内存。在linux中，默认的内存分页的大小是4kb，也就是说，操作系统把物理内存分割成为一个个大小为4kb的格子，进而管理它们，内存的换入和换出也以这样子的格子为基本单位。在每个进程的内核数据结构中，都会维护一个内存项表，记录线性地址到物理内存页的映射关系。

对操作系统内核来说，要实现不同进程共享相同的物理内存，只需要让不同进程的某个线性地址范围映射到相同的物理内存页就可以了。
原理如下图所示，图中的物理内存页 4 和 6 就是被进程 A 和 B 共享的内存页：

3. 创建和操作

创建和操作共享内存的函数有如下所示。

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
int shmdt(const void *shmaddr);

shmget() 函数获取一块指定大小（size）的共享内存，key和shmflg的意义与消息队列中的key和flag类似。
shmat() 将指定的共享内存附加到进程的线性地址空间内，可以指定起始线性地址（shmaddr），而更常见的做法是让内核决定起始地址（shmaddr == NULL）。函数执行成功后，返回值是该共享内存附加到进程的线性起始地址。这两步操作成功之后，进程就可以像使用其它内存一样使用这块内存区。

如果还有其他进程附加了该共享内存，任意进程对内存区域的修改对其他进程都是可见的。基于此种数据交换方式，共享内存通常可与信号量配合使用，实现临界区的一致性保护，除非在其上实现的是某种无锁的数据结构。

shmdt() 函数用于将共享内存段从当前进程中分离。

如果附加共享内存时让操作系统决定起始地址，进程多次运行时选择的起始地址将不固定。若要存储指向共享内存区内某数据对象的地址，应使用偏移量形式，而不能直接存储绝对地址。

另外，共享内存的生存周期与进程内存不同，共享内存会在进程退出之后仍被系统保留。因此，如果共享内存中有指向进程内存的指针，应该在进程重启时重置。

共享内存的各种限制同样可以通过内核参数设置，如下所示。

/proc/sys/kernel/shmmni：可以创建的共享内存块的数量。
/proc/sys/kernel/shmmax：共享内存段的最大容量，实际上限同时依赖物理内存和交换空间的大小。
/proc/sys/kernel/shmall：系统中所有共享内存的分页总数上限，同时受限于物理内存和交换空间的大小。
另外，附加共享内存实际上只是把内存页表指向特定的物理内存页，在使用 fork() 创建子进程之后，这些数据也会被复制一份，所以，子进程会继承父进程附加的共享内存段。而当 exec() 成功执行后，共享内存段会在新进程中被分离。

总结

Linux 系统实现了丰富的进程间通信机制。有古老的匿名管道和命名管道，也有 System V IPC 系列实现的消息队列、信号量和共享内存机制。
我们把系统想象成一片海洋，把每个进程看成一个个孤立的小岛，每种通信机制在其中又扮演着怎样的角色？我们一起来看下面这些形象的比喻。

管道机制好比在小岛之间铺设的一条条管子。通过这些管子，岛与岛之间可以互相运送物资，但每条管子只能单向运送，接收顺序只能与发送顺序严格一致，只能传送管道容量允许范围内的东西，太大或太重都运不了。

消息队列好比在岛间修建的跨海大桥。双向通车，每个方向都有多个车道，紧急的物资可以通过快车道更快地送达对方。但桥也有限高限重，太大或太重的东西同样运不了。

信号量好比在岛之间建立的无线通信塔。一些重要的信息可以通过信号塔快速传送。传送内容仅限于有限的信息，货物显然运送不了。

共享内存好比可瞬间转移任意物体的黑科技。不管多大多重的东西，都可以实现瞬间送达，能传送物体的体积仅受限于发送和接收方使用的场地。传送时，通常会先给对方打个电话：“我要给你发个东西，你把某场地留给我。”如果有多个发送方同时向一个场地传送东西，有可能会合成一个四不像。

实际上，除了 System V IPC 机制，Linux 还发展了基于 POSIX 标准的消息队列、信号量和共享内存技术，是 System V IPC 机制的升级版。相当于扩宽了跨海大桥的车道，改善了路标指引和工程质量，通信塔采用了更先进的通信标准，瞬间转移设备在稳定性和操作界面上进行了升级，等等。

参考自：https://www.cnblogs.com/zhanggaofeng/p/6224091.html

共享内存段被多个进程附加的时候，如果不是所有进程都已经调用shmdt，那么删除该共享内存段时，
会出现一个临时的不完整的共享内存段（key值是0），无法彻底删除。只有当所有进程都调用shmdt，这个临时的不完整共享内存段才会消失。

//共享内存
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

typedef struct _student
{
    char name[64];
    int index;
}Student;

int main()
{
    //创建内存中的共享内存区,大小是sizeof(Student)，权限是0666
    int shmid= shmget(0x2234,sizeof(Student),0666|IPC_CREAT|IPC_EXCL);
    if(shmid==-1)
    {
        if(errno==EEXIST)
        {
            //该key值的共享内存已经存在
            shmid=shmget(0x2234,sizeof(Student),0666);
        }else
        {
            perror("shmget() err");
            return -1;
        }
    }
    //创建进程内的映射共享内存区
    void *buf=NULL;
    //shmat()第二个参数为NULL，表示由系统创建进程内的共享内存，第三个参数表示的是读写权限
    //返回值buf是系统在本进程内分配的内存块的首地址
    buf=shmat(shmid,NULL,0);
    //向本进程的共享内存写入数据
    strcpy(buf,"11112");
    printf("请输入操作！\n");
    char ch=getchar();
    if(ch=='1')
    {
        //将本进程中映射共享内存的内存块释放，本进程取消附加共享内存
        shmdt(buf);
        //删除共享内存段
        shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
    }
    return 0;
}