文章目錄

1. 共享記憶體原理及圖解
2. 共享記憶體相關函式及命令
- 2.1 創建共享記憶體函式
- 2.2 查看共享記憶體命令
- 2.3 洗掉共享記憶體命令
- 2.4 創建共享記憶體時賦予讀寫權限
- 2.5 將自定義的共享記憶體映射到行程虛擬地址的共享區中
- 2.6 單行程對共享記憶體進行的讀寫操作
- 2.7 多行程讀寫分離操作共享記憶體
- 2.8 將共享記憶體與行程進行分離
- 2.9 操作共享記憶體屬性
- 2.10洗掉共享記憶體總結

1. 共享記憶體原理及圖解

共享記憶體通過頁表映射到行程的行程虛擬地址空間的共享區中，行程通過操控共享區的內容，間接操作共享記憶體中的內容

不同的行程將同一塊共享記憶體映射到自己的共享區中，通過操作各自的共享區，以達到行程間資料交換

在這里插入圖片描述

2. 共享記憶體相關函式及命令

2.1 創建共享記憶體函式

shmget函式

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

功能：開辟一段共享記憶體，用共享記憶體識別符號key去標識這塊記憶體，并回傳共享記憶體的操作句柄

頭檔案：

sys/ipc.h
sys/shm.h

引數：

key : 共享記憶體識別符號，相當于共享記憶體的身份證，唯一標識共享記憶體區域
size : 需要開辟的共享記憶體大小，單位是位元組
shmflg

宏	含義
IPC_CREAT	若共享記憶體不存在，則創建
IPC_EXCL	與IPC_CREAT一同使用，為了確保共享記憶體已經存在時，會報告錯誤

回傳值：創建成功回傳 共享記憶體操作句柄 ，創建失敗回傳 -1

共享記憶體識別符號：用于唯一標識某塊共享記憶體的，行程可以通過共享記憶體識別符號找到這塊共享記憶體

共享記憶體操作句柄：用于操作這塊記憶體的

代碼演示shmget函式

#include <stdio.h>     
#include <unistd.h>    
#include <sys/ipc.h>   
#include <sys/shm.h>   
                       
#define  KEY 0x89898989
                       
int main()             
{                      
  int shmid = shmget(KEY,1024,IPC_CREAT);
                       
  if(shmid < 0)        
  {                    
    perror("shmget");  
    return -1;         
  }                    
                       
  printf("shmid : %d\n",shmid);
                                         
  return 0;
}

[gongruiyang@localhost Testshm]$ ./shm 
shmid : 425985

2.2 查看共享記憶體命令

ipcs命令用于查看所有行程間通信（IPC）資訊，-m選項是所有資訊中過濾出共享記憶體段的行程間通信資訊

ipcs -m

命令演示

[gongruiyang@localhost Testshm]$ ipcs -m
------------ 共享記憶體段 --------------
key        shmid      owner      權限        位元組     nattch   status
0x00000000 262144     gongruiyan 600        524288     2       dest 
0x89898989 425985     gongruiyan 0          1024       0       dest      
0x00000000 393218     gongruiyan 600        524288     2       dest

key : 共享記憶體識別符號，若為
shmid ：共享記憶體操作句柄
owner : 所屬用戶，誰創建的
權限 : 對該共享記憶體的操作權限
位元組：共享記憶體大小
nattch : 附加的行程數量
status : 共享記憶體段的狀態，dest表示銷毀

上面的程式創建了一個行程識別符號為0x89898989的共享記憶體段，雖然程式已經執行結束，但是共享記憶體段仍然存在，說明共享記憶體的生命周期的結束不是跟隨程式的，而是跟隨內核的

2.3 洗掉共享記憶體命令

ipcrm用于洗掉行程間通信資源，-m代表洗掉的是共享記憶體段

ipcrm -m 共享記憶體操作句柄

命令演示

[gongruiyang@localhost Testshm]$ ipcs -m
------------ 共享記憶體段 --------------
key        shmid      owner      權限        位元組     nattch   status
0x00000000 262144     gongruiyan 600        524288     2       dest 
0x89898989 425985     gongruiyan 0          1024       0       dest      
0x00000000 393218     gongruiyan 600        524288     2       dest 
[gongruiyang@localhost TestPipeCS]$ ipcrm -m 425985
[gongruiyang@localhost TestPipeCS]$ ipcs -m
------------ 共享記憶體段 --------------
鍵          shmid       擁有者     權限         位元組     nattch      狀態      
0x00000000 262144     gongruiyan 600        524288     2          dest      
0x00000000 393218     gongruiyan 600        524288     2          dest

2.4 創建共享記憶體時賦予讀寫權限

由上面程式創建出來的共享記憶體的權限為0可以看出，我們對該共享記憶體無任何權限，我們可以在創建共享記憶體的時候對共享記憶體屬性進行修改，增加權限

int shmid = shmget(KEY,1024,IPC_CREAT | 0664);

2.5 將自定義的共享記憶體映射到行程虛擬地址的共享區中

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

功能：將指定的共享記憶體段映射到行程虛擬地址的共享區中的某一塊中

頭檔案：

sys/types.h
sys/shm.h

引數：

shmid : 共享記憶體操作句柄
shmaddr : 映射到共享區的哪一塊地址，需要映射到哪一塊地址就填哪塊地址；如果填入NULL就代表想讓作業系統替我們選擇一個合適的地址，
shmflg :

宏	含義
SHM_RDONLY	規定當前行程對該共享記憶體有只讀權限
0	規定當前行程對該共享記憶體有讀寫權限

回傳值：回傳映射到的共享區的地址

程式演示

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

#define  KEY 0x89898989

int main()
{
  int shmid = shmget(KEY,1024,IPC_CREAT | 0664);

  if(shmid < 0)
  {
    perror("shmget");
    return -1;
  }

  void* lp = shmat(shmid,NULL,0); //讓系統分配共享區，該行程對共享記憶體的權限為 可讀可寫
  printf("%p\n",lp);                                            

  return 0;
}

[gongruiyang@localhost Testshm]$ ./shm
0xffffffffffffffff

2.6 單行程對共享記憶體進行的讀寫操作

程式思路：

創建一塊共享記憶體識別符號為KEY的共享記憶體
將創建出來的共享記憶體附加到本行程中，讓系統分配共享區，權限為讀寫
本行程向共享記憶體中寫入資料
本行程從共享記憶體中讀取資料

程式演示：單行程對共享記憶體進行讀寫操作

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

#define  KEY 0x89898989

int main()
{
  //1.創建一塊共享記憶體識別符號為KEY的共享記憶體
  int shmid = shmget(KEY,1024,IPC_CREAT | 0664);
  if(shmid < 0)
  {
    perror("shmget");
    return -1;
  }

  //2.將創建出來的共享記憶體附加到本行程中，讓系統分配共享區，權限為讀寫
  void* lp = shmat(shmid,NULL,0);

  //3.本行程向共享記憶體中寫入資料
  const char* w_buf = "Hello World!\n";
  strcpy((char*)lp,w_buf);

  //4.本行程從共享記憶體中讀取資料
  printf("%s\n",lp);

  return 0;                                                           
}

2.7 多行程讀寫分離操作共享記憶體

程式演示：一個行程寫入資料一個行程讀取資料

讀行程

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>

#define KEY 0x89898989

int main()
{
    int shmid = shmget(KEY, 1024, IPC_CREAT | 0664);
    if(shmid < 0)
    {
        perror("shmget");
        return -1;
    }

    void* lp = shmat(shmid, NULL, 0);
    printf("%s\n", (char*)lp);

    while(1)
    {
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

寫行程

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>

#define KEY 0x89898989

int main()
{
    int shmid = shmget(KEY, 1024, IPC_CREAT | 0664);
    if(shmid < 0)
    {
        perror("shmget");
        return -1;
    }

    const char* w_buf = "Hello World!\n";
    void* lp = shmat(shmid, NULL, 0);
    strcpy((char*)lp, w_buf);

    while(1)
    {
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

行程讀取共享記憶體中資料時，并不會將共享記憶體中的資料拿走，資料依然存在共享記憶體之中

2.8 將共享記憶體與行程進行分離

int shmdt(const void *shmaddr);

功能：將行程中附加到共享區的某個共享記憶體段進行分離開

頭檔案：

sys/types.h
sys/shm.h

引數：

shmaddr : shmat回傳值

回傳值：0 代表分離成功； -1 代表分離失敗

程式演示

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>                                                   
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

#define  KEY 0x89898989

int main()
{
  //1.創建一塊共享記憶體識別符號為KEY的共享記憶體
  int shmid = shmget(KEY,1024,IPC_CREAT | 0664);
  if(shmid < 0)
  {
    perror("shmget");
    return -1;
  }

  //2.將創建出來的共享記憶體附加到本行程中，讓系統分配共享區，權限為讀寫
  void* lp = shmat(shmid,NULL,0);


  while(1)
  {
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

[gongruiyang@localhost Testshm]$ ipcs -m
------------ 共享記憶體段 --------------
鍵          shmid          擁有者  權限        位元組       nattch     狀態      
0x00000000 262144     gongruiyan 600        524288     2          dest    
0x89898989 524289     gongruiyan 664        1024       1                       
0x00000000 393218     gongruiyan 600        524288     2          dest

由此可以看出：附加在共享記憶體識別符號為0x89898989 上的行程數量nattch為1

行程分離后的程式及現象

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

#define  KEY 0x89898989

int main()
{
  //1.創建一塊共享記憶體識別符號為KEY的共享記憶體
  int shmid = shmget(KEY,1024,IPC_CREAT | 0664);
  if(shmid < 0)
  {
    perror("shmget");
    return -1;
  }

  //2.將創建出來的共享記憶體附加到本行程中，讓系統分配共享區，權限為讀寫
  void* lp = shmat(shmid,NULL,0);
	
  //將本行程與共享記憶體分離  
  int ret_shmdt = shmdt(lp);
  if(ret_shmdt < 0)
    perror("shmdt");
  else
    printf("shmdt success!\n");                                        

  while(1)
  {
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

[gongruiyang@localhost Testshm]$ ipcs -m
------------ 共享記憶體段 --------------
鍵        shmid        擁有者     權限        位元組        nattch      狀態      
0x00000000 262144     gongruiyan 600        524288     2          dest      
0x89898989 557057     gongruiyan 664        1024       0                       
0x00000000 393218     gongruiyan 600        524288     2          dest

2.9 操作共享記憶體屬性

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

功能：操作共享記憶體的屬性

頭檔案：

sys/types.h
sys/shm.h

引數：

shhmid : 共享記憶體操作句柄
cmd : 告訴shmctl函式需要做什么操作，操作可以填入以下的宏

宏	含義
IPC_STAT	獲取共享記憶體屬性，將指定的共享記憶體屬性填入buf中
IPC_SET	設定共享記憶體數，將指定的共享記憶體屬性按照buf設定
IPC_RMID	刪除共享記憶體，buf直接傳遞NULL

buf : 共享記憶體結構體

shmid_ds結構體原始碼

struct shmid_ds {
    struct ipc_perm shm_perm;    /* Ownership and permissions */
    size_t          shm_segsz;   /* Size of segment (bytes) */
    time_t          shm_atime;   /* Last attach time */
    time_t          shm_dtime;   /* Last detach time */
    time_t          shm_ctime;   /* Last change time */
    pid_t           shm_cpid;    /* PID of creator */
    pid_t           shm_lpid;    /* PID of last shmat(2)/shmdt(2) */
    shmatt_t        shm_nattch;  /* No. of current attaches */
    ...
};
struct ipc_perm {
    key_t          __key;    /* Key supplied to shmget(2) */
    uid_t          uid;      /* Effective UID of owner */
    gid_t          gid;      /* Effective GID of owner */
    uid_t          cuid;     /* Effective UID of creator */
    gid_t          cgid;     /* Effective GID of creator */
    unsigned short mode;     /* Permissions + SHM_DEST and SHM_LOCKED flags */
    unsigned short __seq;    /* Sequence number */
};

程式演示：獲取共享記憶體屬性，并輸出共享記憶體大小

#include <stdio.h>  
#include <unistd.h>  
#include <sys/ipc.h>  
#include <sys/shm.h>  
  
#define  KEY 0x89898989  
  
int main()  
{  
  int shmid = shmget(KEY,1024,IPC_CREAT | 0664);  
  if(shmid < 0)  
  {  
    perror("shmget");  
    return -1;  
  }  
                                                  
  struct shmid_ds buf;
  shmctl(shmid, IPC_STAT, &buf);
  // 獲取 共享記憶體段 大小
  printf("shm size : %ld位元組\n",buf.shm_segsz);
                                     
  return 0;  
}

[gongruiyang@localhost Testshm]$ ./shm 
shm size : 1024位元組

2.10洗掉共享記憶體總結

當使用ipcrm命令或者shmctl函式洗掉共享記憶體之后，共享記憶體段就被釋放了
共享記憶體識別符號被設定為0x00000000，表示任何行程都無法通過之前的識別符號來尋找該共享記憶體
共享記憶體的狀態會被設定成dest(destroy)，表示被銷毀
如果這塊被釋放的共享記憶體塊依然還有行程映射，即nattch不為0，則描述共享記憶體的結構體就不會被釋放，直到所有依附于該共享記憶體的行程全部分離后，即nattch為0時，描述該共享記憶體的結構體才會被釋放

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1. 共享記憶體原理及圖解

2. 共享記憶體相關函式及命令

2.1 創建共享記憶體函式

2.2 查看共享記憶體命令

2.3 洗掉共享記憶體命令

2.4 創建共享記憶體時賦予讀寫權限

2.5 將自定義的共享記憶體映射到行程虛擬地址的共享區中

2.6 單行程對共享記憶體進行的讀寫操作

2.7 多行程讀寫分離操作共享記憶體

2.8 將共享記憶體與行程進行分離

2.9 操作共享記憶體屬性

2.10洗掉共享記憶體總結

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