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一.  回顾上文

二.共享内存

1.定义

2.特点：

3.实现步骤：

如下为成功链接共享内存使用权的完整步骤：

4.函数介绍

        4.1shmget函数

        4.1.2参数介绍       

        4.2ftok函数：

        4.2.1参数介绍

                关于ftok(); shmget();函数的代码实验:

        代码运行： 

                举个生活中的例子：

                运行结果：

                所以有两种方法解决: 

               4.3shmctl();——用于删除共享内存空间

               参数介绍：

               返回值:

              代码演示： 

    接下来就是第三步：关联各进程和共享内存空间的之间的“羁绊”！

            4.4shmat();——获取共享内存空间的地址

         参数介绍：

        代码演示： 

        运行结果：

         4.6 shmdt();——取消与共享内存空间的关联

         代码演示：

        最后就是双方的数据通信了！

 二.最终代码图：

        Comm.hpp:

        Sever.cc:

        Client.cc: 

        运行结果：

三.总结：

共享内存相比较于管道而言，两个进程在进行进程间通信时，需要经历几次数据的拷贝呢？

共享内存的缺点:

        我所说的进程间数据通信指的是：以两个进程为例，一个进程只写，另一个进程只读的方式进行数据通信，它们的实现是单向的。

        1.而管道就是进程通信的一种方式，它是一种半双工通信方式，即数据是单向的(一个进程读，另一个进程写)。

        2.管道分为匿名管道和命名管道。

        3.匿名管道是用来让具有血缘关系的父子进程进行专门的数据通信，使用的是pipe函数创建管道，进而使用fork函数创建出子进程，便可开始数据通信。但是匿名管道需要关闭相应的文件描述符，父进程要么只读，要么只写，子进程也是一样。

        4.命名管道是在内存中对应一个缓冲区，读进程从管道读数据是一次性操作，数据一旦被读走，它就会被丢弃，释放空间以便于让写进程能够写更多的数据。而命名管道可以让没有任意的两个进程也可以进行数据通信，使用的方式是mkfifo函数创建管道文件，之后便是以文件的形式进行IO传输。

        除了管道之外，便是要学习另外一种数据通信的方式：System V。而System V通信中最主要常考的就是共享内存了，所以我们接下来讲述的重点是共享内存。

         上图中，这两个进程都是独立的，在系统底层它们都有各自的内核数据结构(struct_task)——简称PCB，也有各自的进程地址空间(mm_struct)，虽然它们的代码数据都在内存中，但互不影响干扰，所以是独立的。

        而想让两个毫不相干的进程采取通信，就必须要让两个进程看到同一份公共的资源，而今天的这份公共资源就是——共享内存。

        共享内存是存放在物理内存中的一段空间，该空间由操作系统分配与管理。与文件系统类似的是，操作系统在管理共享内存时，不仅仅有内存数据快，同时还会创建相结构体来记录该共享内存属性，以便于管理。

        因此共享内存并不只有一份，我们可以根据需求申请多个共享内存。

        相较于管道而言，共享内存不仅能够用于非父子进程之间的通信，而且访问数据的速度也比管道要快。这得益于通信直接访问内存，而管道则需要先通过操作系统访问文件再获得内存数据。

        有了共享内存，就可以让两个进程指向这块共享空间资源了。于是进行第二步，让各个进程拥有这份公共资源的使用权限，它们才可以进行数据通信。

        但是想拥有共享内存的使用权并不简单，需要执行多个步骤才能实现。

        shmget函数创建共享存储空间并返回一个共享存储标识符，成功完成后，shmget () 应返回一个非负整数，即共享内存标识符:否则，它应返回-1 并设置 Errno以指示错误。

        如上shmget函数参数: 三个参数，第二个是设置共享内存空间的大小，第三个参数是标志位，类似于open函数的O_RDONLYO 、O_CTREAT等宏定义选项。

        下图为第三参数的默认选项，有两个：IPC_CREAT、IPC_EXCL

IPC_CREAT：若没有，则创建共享内存空间；若该该共享内存空间存在，则会获取。

IPC_EXCL：   不能单独使用，必须搭配IPC_CREAT。

合起来的作用就是： 如果空间不存在，就创建；若存在该空间，就返回错误error。

        而第一个参数key_t key，该参数是ftok函数的返回值，所以想要使用key，就得先获取ftok函数的返回值。

        ftok函数有两个参数，第一个参数与open函数的第一参数一样，都需要指定路径的文件名；第二参数id，它的取值范围是0-255之间的数值，在这个范围内随意取即可。

        使用ftok函数成功后，返回一个key_t类型的键值，若函数使用失败出错，返回-1 。

        注：在该实验中，用两个.cc文件模拟了两个进程，使用一个头文件去封装了ftok、shmget函数：

        通过结果发现，两个进程的key地址都相等，这是因为这两个进程在调用getKey()时，ftok函数的参数是一样的，所以它们被分配的是同一个key值。

        既然两个进程拥有相同的Key值，这就为它们能够看到同一份共享内存空间打下了坚实的基础，之后便是创造共享内存空间了，在这里我采用的是Sever进程去创建它，这个没有限制，哪个进程去创建它都可以。但是既然有一个进程创建了，另一个进程直接获取该共享空间即可，没必要再去创建一个,前人栽树(Sever进程)，后人乘凉即可(Client进程)。 

        我请一个朋友去饭店吃饭，去饭店订了个空包间3号厅，准备好一切工作后，我通过微信发位置信息给朋友，让他来xx饭店3号包间吃饭。朋友收到信息后，按照约定时间来到了饭店，他需要找到这个包间，于是他将包间信息说与服务员听，服务员带着他来到了包间，找到了我，然后我们开始吃饭聊天。

        在这个例子中，我就好比是Server进程，我开辟了一块属于我俩的共享内存空间，我将位置信息发给他(Client进程)，他获取(getShm())到这个饭店包间的位置信息，他拿着具体包间信息( key值 )给服务员看，服务员带着他来到了包间门前(共享内存空间)，他(OS系统)会拿着Client的key和包间的key进行对比，只要一样，client就能进入到包间中。 key是共享内存空间被系统认识的唯一标识符，当一个进程A创建了共享内存空间，另一个进程B只要拿着和进程A一样的key，它们就能够进入同一个共享内存空间中去。

        key是用来表示要shmget，设置进入共享内存属性中的！

         如上图:两个进程的shmid都为1，表明server进程成功创建了共享内存空间，而client进程也成功获取到了server创建的内存空间，那么第1步已完成！该进行第2步: 让各进程进行页表映射连接共享内存空间了。

        这里需要注意一点: 当第二次运行Server进程时，由于第一次的成功创建共享内存，所以第二次的运行会报错shmget函数的返回值问题，错误表示“文件已存在！” 让我们无法运行，这是因为shmget函数的第三参数IPC_CREAT | IPC_EXCL导致的，因为第一次创建成功的shmid的生命周期是跟随OS系统的，而不是跟随进程的——说白了就是shmid的值不会随之进程的结束而被销毁，只有当我们关闭了Linux系统，它才会消失。

1.就是关闭Linux系统再重启便可以运行./server；

2.就是采用指令: ipcrm -m shmid(填它的数值)；

ipcs指令意为显示共享内存空间、消息队列、信号量的属性面板：

         从上图可知：该指令显示了共享内存空间的key的地址、shmid值、owner值(拥有者)。剩下的属性后面会谈到！

        使用ipcrm -m shmid指令就可以删除掉第一次运行成功的shmid值，然后再一次运行Sever进程时，就可以运行成功。但是删除掉shmid值后，第一次创建出来的共享内存空间也会被相应的删除，因为第二次创建出的shmid值为32769，与第一次32768并不一样。

                  其实共享内存==物理内存块(共享内存空间是存储在物理内存中的)+共享内存的相关属性!!

        举人例子，当我们在学C语言的过程中，采用malloc创建堆区空间进行动态存储，比如我们采用指针指向开辟了1024字节的空间，而当我们free的时候，系统会回收掉指针指向的这块空间地址，而指针指向的只是这块地址的首地址，它是怎么知道这块地址空间有多大，需要回收多大字节的空间？具体的原理是怎么实现的？

        因为我们需要开辟的是1024字节大小的空间，而CPU会为其开辟大于1024字节的空间，可能会开1034字节，多出来的10字节空间会存放这块空间的相关属性信息，比如这块空间的起始地址，未尾地字节大小，创建时间.....·；CPU在执行free函数的时候，就是参照着这块堆区空间的相关属性进行精准释放空间的!! !

        所以我们在使用ipcrm -m shmid的指令原理就是系统通过共享内存空间的相关属性shmid去释放这块共享内存空间的。shmid的重要性相当于pid在进程中的重要性。

那么趁热打铁，既然说到了释放共享内存，那么先来学习一下在代码中释放共享内存空间的函数吧：

1、shmid就是shmget函数返回的共享存储标识符； 2、cmd参数是宏定义参数，共有三个：

        IPC_RMID：常用删除共享内存;

        IPC_STAT:：得到共享内存的状态，把共享内存的shmid ds结构复制到bu中；

        IPC SET: 改变共享内存的状态，把bu所指的shmid ds结构中的uid、gid、mode复制到共享内存的shmid ds结构内。(内核为每个共享存储段维护着一个结构，结构名为shmid ds，里面存放着共享内存的大小，pid，存放时间等一些参数) 3、buf就是结构体shmid ds，一般填nullptr即可。

                成功返回0: 失败返回错误error

该函数的参数有三个：         第一个就是shmget函数的返回值shmid；

        第二个参数建议是用nullptr。 若为NULL,共享内存会被attach到一个合适的虚拟地址空间。不为NULL: 系统会根据参数及地址边界对齐等分配一个合适的地址;

        第三个参数是宏定义选项，不指定的情况下默认使用0即可。

        该函数的返回值为-1，表示获取共享内存空间地址失败，也就无法关联成功。

        代码解析：因为start是指针，指针在Linux64位下的大小为8字节，所以想要判断指针(8字节)转换为整型int(4字节)的值是否等于-1(判断shmat函数是否成功返回)，在强转的时候就不能转换为4字节,而得找同等大小整型为8字节的long long整型，所以要记住：if((int)start==-1))是错误的！

除了进程双方的数据写入读取外，所有的准备工作已经做好了，接下来总结一下:

1、key_t Creat_Key();——                        用于获取ftok的返回值键值key；

2、int Creat_Shm(key_t k);——               用于创建共享内存空间；

3、int Get_Shm(key_t k);——                  用于让另一个进程获取到共享内存空间； 4、void* attach_Shm(int shmid);——     用于让各个进程获取共享内存空间地址并关联起来； 5、void Dattach_Shm(void* start); —— 用于让各个进程取消与共享内存空间的关联； 6、void void Del_Shm(int shmid)——    用于让创建共享内存空间的进程A释放该空间；

        数据通信就很简单了，就是一个往共享内存区域里写内容，一个从共享区域里读取打印内容。代码中的start指针指向的就是开辟出的共享内存空间，把start看作一个缓冲区就行。

        写内容有两种方式，一种是提前写成字符串，往里传就行,如上；另一种是即输即用，如下: