共享内存的介绍、实战

一、什么是 共享内存

       共享内存的存在是为了解决多进程之间数据通信问题而诞生的。其作用就是允许两个没有关系的进程可以访问一个逻辑内存，尽享和传递其中的数据。进程可以将同一段共享内存链接到自己的地址空间中，那么相关的进程便可以访问到共享内存的地址，就好比用C语言函数malloc分配的OS内存一样。而如果其中一个进程改写了共享内存的数据，所做的改动将立刻影响到可以访问该共享内存的任何其他进程。

      提醒：共享内存并没有提供同步进制；当第一个进程结束对共享内存的写操作的时候，并没有自动机制可以阻止第二个进程开始对它进行读取。通常需要其他的机制来同步对共享内存的访问。

二、共享内存的使用

    与信号量一样，在Linux中也提供了一组函数接口用于使用共享内存，而且使用共享共存的接口还与信号量的非常相似，而且比使用信号量的接口来得简单。它们声明在头文件 sys/shm.h中。

1、shmget函数

     该函数用来创建共享内存，它的原型为：
     int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
     第一个参数 ，与信号量的semget函数一样，程序需要提供一个参数key（非0整数），它有效地为共享内存段命名，shmget函数成功时返回一个与key相关的共享内存标识符（非负整数），用于后续的共享内存函数。调用失败返回-1.

     不相关的进程可以通过该函数的返回值访问同一共享内存，它代表程序可能要使用的某个资源，程序对所有共享内存的访问都是间接的，程序先通过调用shmget函数并提供一个键，再由系统生成一个相应的共享内存标识符（shmget函数的返回值），只有shmget函数才直接使用信号量键，所有其他的信号量函数使用由semget函数返回的信号量标识符。

     第二个参数，size以字节为单位指定需要共享的内存容量

     第三个参数，shmflg是权限标志，它的作用与open函数的mode参数一样，如果要想在key标识的共享内存不存在时，创建它的话，可以与IPC_CREAT做或操作。共享内存的权限标志与文件的读写权限一样，举例来说，0644,它表示允许一个进程创建的共享内存被内存创建者所拥有的进程向共享内存读取和写入数据，同时其他用户创建的进程只能读取共享内存。

2、shmat函数
     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。它的原型如下：
     void *shmat(int shm_id, const void *shm_addr, int shmflg);
    第一个参数，shm_id是由shmget函数返回的共享内存标识。
    第二个参数，shm_addr指定共享内存连接到当前进程中的地址位置，通常为空，表示让系统来选择共享内存的地址。
    第三个参数，shm_flg是一组标志位，通常为0。

   调用成功时返回一个指向共享内存第一个字节的指针，如果调用失败返回-1.

3、shmdt函数
    该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。它的原型如下：
    int shmdt(const void *shmaddr);
    参数shmaddr是shmat函数返回的地址指针，调用成功时返回0，失败时返回-1.

4、shmctl函数
    与信号量的semctl函数一样，用来控制共享内存，它的原型如下：
    int shmctl(int shm_id, int command, struct shmid_ds *buf);
    第一个参数 ，shm_id是shmget函数返回的共享内存标识符。

三、共享内存的实战

shmread.c的源代码如下
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/shm.h>
#include "shmdata.h"

int main()
{
      int running = 1;//程序是否继续运行的标志
      void *shm = NULL;//分配的共享内存的原始首地址
      struct shared_use_st *shared;//指向shm
      int shmid;//共享内存标识符

      //创建共享内存
      shmid = shmget((key_t)1234, sizeof(struct shared_use_st), 0666|IPC_CREAT);
      if(shmid == -1)
      {
         fprintf(stderr, "shmget failed\n");
         exit(EXIT_FAILURE);
      }
     //将共享内存连接到当前进程的地址空间
      shm = shmat(shmid, 0, 0);
     if(shm == (void*)-1)
     {
        fprintf(stderr, "shmat failed\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
      }
      printf("\nMemory attached at %X\n", (int)shm);
     / /设置共享内存
     shared = (struct shared_use_st*)shm;
     shared->written = 0;
     while(running)//读取共享内存中的数据
    {
      //没有进程向共享内存定数据有数据可读取
      if(shared->written != 0)
      {
          printf("You wrote: %s", shared->text);
          sleep(rand() % 3);
         //读取完数据，设置written使共享内存段可写
         shared->written = 0;
        //输入了end，退出循环（程序）
        if(strncmp(shared->text, "end", 3) == 0)
        running = 0;
    }
    else//有其他进程在写数据，不能读取数据
    sleep(1);
    }
   //把共享内存从当前进程中分离
   if(shmdt(shm) == -1)
{
   fprintf(stderr, "shmdt failed\n");
    exit(EXIT_FAILURE);
}
   //删除共享内存
   if(shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) == -1)
{
   fprintf(stderr, "shmctl(IPC_RMID) failed\n");
   exit(EXIT_FAILURE);
}
   exit(EXIT_SUCCESS);
}

shmwrite.c
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/shm.h>
#include "shmdata.h"

int main()
{
int running = 1;
void *shm = NULL;
struct shared_use_st *shared = NULL;
char buffer[BUFSIZ + 1];//用于保存输入的文本
int shmid;
//创建共享内存
shmid = shmget((key_t)1234, sizeof(struct shared_use_st), 0666|IPC_CREAT);
if(shmid == -1)
{
fprintf(stderr, "shmget failed\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
//将共享内存连接到当前进程的地址空间
shm = shmat(shmid, (void*)0, 0);
if(shm == (void*)-1)
{
fprintf(stderr, "shmat failed\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Memory attached at %X\n", (int)shm);
//设置共享内存
shared = (struct shared_use_st*)shm;
while(running)//向共享内存中写数据
{
//数据还没有被读取，则等待数据被读取,不能向共享内存中写入文本
while(shared->written == 1)
{
sleep(1);
printf("Waiting...\n");
}
//向共享内存中写入数据
printf("Enter some text: ");
fgets(buffer, BUFSIZ, stdin);
strncpy(shared->text, buffer, TEXT_SZ);
//写完数据，设置written使共享内存段可读
shared->written = 1;
//输入了end，退出循环（程序）
if(strncmp(buffer, "end", 3) == 0)
running = 0;
}
//把共享内存从当前进程中分离
if(shmdt(shm) == -1)
{
fprintf(stderr, "shmdt failed\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
sleep(2);
exit(EXIT_SUCCESS);
}