Linux进程通信

2023-03-25 22:46| 来源: 网络整理| 查看: 265

一、共享内存是什么

在Linux系统中，共享内存是一种IPC（进程间通信）方式，它可以让多个进程在物理内存中共享一段内存区域。

这种共享内存区域被映射到多个进程的虚拟地址空间中，使得多个进程可以直接访问同一段物理内存区域中的数据，从而实现进程间的高速数据交换和通信。

二、共享内存的原理

共享内存基于内核的支持。在共享内存中，内核维护了一块物理内存区域，并将其映射到多个进程的虚拟地址空间中。每个进程都可以使用指针来访问共享内存区域中的数据，就像它们访问自己的内存一样。

三、共享内存的使用方法相关函数介绍shmget函数int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

用于创建或打开一个共享内存区段，具体参数如下：

参数类型说明keykey_t共享内存区段的关键字，用于在多个进程间标识同一个共享内存区段。sizesize_t共享内存区段的大小，以字节为单位。shmflgint共享内存区段的访问权限和行为属性。

函数返回值为共享内存区段的标识符 shmid，用于标识已创建或已打开的共享内存区段。

shmat函数void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

用于将共享内存区段连接到当前进程的地址空间，具体参数如下：

参数类型说明shmidint共享内存区段的标识符，用于标识已创建或已打开的共享内存区段。shmaddrconst void*共享内存区段连接到当前进程地址空间的起始地址，如果为 NULL，则由系统自动选择一个地址。shmflgint标志参数，指定共享内存区段的访问权限和行为属性。

函数返回值为共享内存区段连接到当前进程地址空间的起始地址，即指向共享内存区段的指针。

shmdt函数int shmdt(const void *shmaddr);

用于断开进程与共享内存区段的连接，具体参数如下：

参数类型说明shmaddrconst void*共享内存区段连接到当前进程地址空间的起始地址。

函数返回值为 0 表示成功，-1 表示失败。

shmctl函数int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

用于控制共享内存区段的行为，如删除、获取、设置共享内存区段的属性等，具体参数如下：

参数类型说明shmidint共享内存区段的标识符，用于标识已创建或已打开的共享内存区段。cmdint控制命令，指定对共享内存区段的操作类型。bufstruct shmid_ds*指向共享内存区段属性结构体的指针，用于获取或设置共享内存区段的属性。

常用的cmd参数包括：

IPC_STAT：获取共享内存的状态信息，并将该信息存储在buf参数指向的结构体中。IPC_SET：设置共享内存的状态信息，buf参数指向要设置的新值。IPC_RMID：删除共享内存。

函数返回值为操作成功返回 0，失败返回 -1。

实例演示

以下是一个示例代码，其中一个程序用于写入共享内存，另一个程序用于读取共享内存。

写入程序/* write.c */ #include #include #include #include #include #define SHM_SIZE 1024 int main() { int shmid; char *shmaddr; char write_buf[SHM_SIZE]; // 创建共享内存段 shmid = shmget((key_t)1234, SHM_SIZE, 0666|IPC_CREAT); if (shmid == -1) { perror("shmget failed"); exit(EXIT_FAILURE); } // 将共享内存段连接到当前进程 shmaddr = (char*)shmat(shmid, 0, 0); if (shmaddr == (void*)-1) { perror("shmat failed"); exit(EXIT_FAILURE); } // 从标准输入读取数据并将其写入共享内存 while(1) { fgets(write_buf, SHM_SIZE, stdin); strncpy(shmaddr, write_buf, SHM_SIZE); if (strncmp(write_buf, "exit", 4) == 0) { break; } } // 断开共享内存连接 if (shmdt(shmaddr) == -1) { perror("shmdt failed"); exit(EXIT_FAILURE); } // 删除共享内存段 if (shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) == -1) { perror("shmctl failed"); exit(EXIT_FAILURE); } printf("write exit\n"); return 0; }

读取程序/* read.c */ #include #include #include #include #include #define SHM_SIZE 1024 int main() { int shmid; char *shmaddr; char read_buf[SHM_SIZE]; // 获取共享内存段 shmid = shmget((key_t)1234, SHM_SIZE, 0666|IPC_CREAT); if (shmid == -1) { perror("shmget failed"); exit(EXIT_FAILURE); } // 将共享内存段连接到当前进程 shmaddr = (char*)shmat(shmid, 0, 0); if (shmaddr == (void*)-1) { perror("shmat failed"); exit(EXIT_FAILURE); } // 从共享内存读取数据并输出到标准输出 while(1) { strncpy(read_buf, shmaddr, SHM_SIZE); printf("Received message: %s\n", read_buf); if (strncmp(read_buf, "exit", 4) == 0) { printf("Received exit\n"); break; } sleep(1); } // 断开共享内存连接 if (shmdt(shmaddr) == -1) { perror("shmdt failed"); exit(EXIT_FAILURE); } printf("read exit\n"); return 0; }

编译这两个程序gcc -o write write.c gcc -o read read.c

在一个终端窗口中运行write, 输入消息，在另一个终端窗口中运行read，查看消息。

要退出程序，则在运行write的终端窗口中键入"exit"，效果如下：

四、共享内存的注意事项使用共享内存需要注意以下几点：同步问题：由于多个进程可以同时访问共享内存，因此必须要使用同步机制来保证数据的一致性和正确性。内存泄漏：如果一个进程崩溃或者没有及时解除共享内存映射，就有可能导致内存泄漏的问题。安全问题：共享内存是多个进程共享的，因此必须要注意数据的安全性和隐私性，避免敏感数据泄露。五、共享内存的使用技巧以下是一些共享内存的使用技巧：分配内存时使用 shmget() 系统调用中的 IPC_PRIVATE 标记，可以确保共享内存的键值在系统中是唯一的，避免冲突和安全问题。在读写共享内存之前，使用信号量或互斥锁等同步机制来保证数据的一致性和正确性。在使用共享内存时，可以将共享内存区域按照固定大小进行分块，避免多个进程同时访问同一块内存区域的冲突。小结

共享内存是一种高效、灵活、方便的进程间通信方式，可以用于在多个进程之间共享大量数据。

使用共享内存需要注意同步、安全和内存泄漏等问题，可以使用信号量、互斥锁等同步机制来保证数据的正确性。

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