Linux进程间通信（4）——共享内存-优快云博客

本文详细介绍了共享内存这一高效的进程间通信方式，包括其创建、访问、控制和释放的过程，并通过示例代码展示了如何实现共享内存的使用。同时，讨论了共享内存的优势与不足。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、何谓共享内存？

共享内存可以说是最有用的进程间通信方式，也是最快的IPC形式。两个不同进程A、B共享内存的意思是，同一块物理内存被映射到进程A、B各自的进程地址空间。进程A可以即时看到进程B对共享内存中数据的更新，反之亦然。由于多个进程共享同一块内存区域，必然需要某种同步机制，互斥锁和信号量都可以。

二：共享内存的使用

1. 创建共享内存（打开）

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmget(key_t key,size_t size,int shmflg>;

key（非0整数）:为共享内存段命名，shmget成功时返回一个与key相关的内存标识符shm_id（非负整数），失败时返回-1

size:以字节为单位指定需要共享的内存容量

shmflg:权限标志，与open函数的mode参数一样，创建共享内存时此参数位可写成
 IPC_CREAT | 0666

2.启动进程对共享内存的访问（映射）
第一次创建完共享内存时，它还不能被任何进程访问，shmat函数的作用就是用来启动对该共享内存的访问，并把共享内存连接到当前进程的地址空间。

#include<sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
void *shmat(int shm_id, const void *shm_addr, int shmflg);

shm_id: 是由shmget 函数返回的共享内存标识。

shm_addr:指定共享内存连接到当前进程的地址位置，通常为空，表示让系统来选择共享内存的地址。

shm_flg:是一组标志位，通常为0。

shmat 调用成功后返回一个指向共享内存第一个字节的指针，调用失败返回-1。

3、分离共享内存（解除映射）
shmdt函数用于将共享内存从当前进程中分离。注意，将共享内存分离并不是删除它，只是使该共享内存对当前进程不再可用。

#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>

int shmdt(const void *shmaddr);

shmaddr:是shmat函数返回的地址指针

调用成功返回0，失败返回-1。
4、控制共享内存（控制）

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

int shmctl(int shm_id, int command, struct shmid_ds *buf);

shm_id:是shmget函数返回的共享内存标识符

command: 控制共享内存要采取的操作，可以取以下三个值：
IPC_STAT ： 把shmid_ds结构体中的数据设置为共享内存的当前关联值，即用共享内存的当前关联值覆盖shmid_ds的值
IPC_SET ： 如果进程有足够的权限，就把共享内存当前的关联值设置为shmid_ds结构体中给出的值
IPC_RMID ： 删除共享内存段

buf : 是一个结构体指针，指向共享内存模式和访问权限的结构体
shmid_ds结构体的成员至少包括：
struct shmid_ds
{
   uid_t shm_perm.uid;
   uid_t shm_perm.gid;
   mode_t shm_perm.mode;
 };

调用成功返回0，失败返回-1

三：编写共享内存代码

一般对内存区域的操作是先打开-》映射-》（操作）-》（控制）-》解除映射。
shm.h

#ifndef _SHM_
#define _SHM_

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>

#define _PATH_ "."
#define _PROJECT_ 8888
#define _SHM_SIZE_ 4*1024

int get_shm();
char *at_shm();
int delete_shm();
int rm_shm();
#endif

shm.c

#include "shm.h"


int get_shm()
{
    key_t key = ftok(_PATH_,_PROJECT_);
    int flag = IPC_CREAT | 0666;
    int shm_id = shmget(key,_SHM_SIZE_,flag);
    if(shm_id ==-1)
    {
        printf("shmget error\n");
    }
    else
    {
        printf("shmget success\n");
    }
    return shm_id;
}
char *at_shm(int shm_id)
{
    return (char*)shmat(shm_id,NULL,0);
}
int delete_shm(char* addr)
{
    return shmdt(addr);
}
int rm_shm(int shm_id)
{
    return shmctl(shm_id,IPC_RMID,NULL);
}

int main()
{
    int shm_id = get_shm();
    //创建新进程
    pid_t id= fork();
    if(id<0)
    {
        printf("fork error\n");
        return 1;
    }else if(id==0)
    {//child
    char *buf = at_shm(shm_id);
    int i = 0;
      while(i<4096)
     {
     buf[i]= 'w';
        i++;
      }
    buf[4096]= '\0';
   delete_shm(buf);
    }else
    {//father
   char *buf = at_shm(shm_id);
     sleep(3);
     printf("%s\n",buf);
     waitpid(id,NULL,0);
     rm_shm(shm_id);
    }

    return 0;
}

运行结果在屏幕上打印4096个w

总结：

优点：采用共享内存通信的一个显而易见的好处是效率高，因为进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝。对于像管道和消息队列等通信方式，则需要在内核和用户空间进行四次的数据拷贝，而共享内存则只拷贝两次数据[1]：一次从输入文件到共享内存区，另一次从共享内存区到输出文件。实际上，进程之间在共享内存时，并不总是读写少量数据后就解除映射，有新的通信时，再重新建立共享内存区域。而是保持共享区域，直到通信完毕为止，这样，数据内容一直保存在共享内存中，并没有写回文件。共享内存中的内容往往是在解除映射时才写回文件的。因此，采用共享内存的通信方式效率是非常高的。

缺点：
共享内存没有提供同步的机制，这使得我们在使用共享内存进行进程间通信时，往往要借助其他的手段（信号量）来进行进程间的同步工作。