菜鳥程序員利用共享內存實現進程間通信

上篇文章介紹了進程間的FIFO通信，FIFO通信屬於有名管道通信，其能夠用於任何進程間的數據通信。

今天介紹第三種進程通信方式—共享內存。

共享內存的概念

共享內存（share memory）是一種最爲高效的進程間通信方式，是因爲進程能夠直接對內存進行讀寫，且不需要進行數據的保存與複製。

爲了實現在多個進程間高效的數據通信，linux內核特地留下一塊內存區，該內存區能夠被需要的進程映射到自身的內存空間。因此，進程便能夠直接對這塊內存區進行讀寫操作。

共享內存的實現進程通信的原理圖如下：

共享內存的實現步驟

共享內存的實現較爲簡單，一共分爲兩個步驟：

創建共享內存。通過函數shmget()從內存中獲取一塊共享內存區域，該函數返回值爲共享內存的ID。

映射共享內存。通過函數shmat()將上一步獲取的共享內存映射到具體的內存空間。

NOTE：先創建共享內存，再將共享內存映射到每個進程中。

下圖爲一個簡單的共享內存實現流程圖：

共享內存的代碼實現

下面是共享內存的代碼實現（已在linux環境下編譯通過）：

//文件名shm.c
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
#include<string.h>

#define MAX_BUFFER_LEN 1024

int main()
{
  pid_t pid;
  int shm_id;
  char* shm_addr;
  char flag[] = "WROTE";
  char buff[MAX_BUFFER_LEN];
  int i = 0;

  memset(buff, 0, sizeof(buff));
  shm_id = shmget(IPC_PRIVATE, MAX_BUFFER_LEN, 0666);//創建共享內存文件，並設置文件掩碼
  if(shm_id == -1)
  {
    printf("creat share memory fail.\n");
    return 0;
  }
  else
  {
    printf("creat share memeory: %d\n", shm_id);
  }

  system("ipcs -m");

  pid = fork();//創建子進程
  if(pid == -1)
  {
    printf("creat child process fail.\n");
    exit(1);
  }
  else if(pid == 0)//子進程進入該分支
  {
    printf("this is child process.\n");
    shm_addr = shmat(shm_id, 0, 0);//將共享內存映射到子進程
    if(shm_addr == (void*)-1)
    {
      perror("child: shmat");
      exit(1);
    }
    else
    {
      printf("child: attach shared-memory: %p\n", shm_addr);
    }
    system("ipcs -m");

    while((strncmp(shm_addr, flag, strlen(flag))) && (i <= 10))
    {
      printf("child: wait for emable data..\n");
      sleep(5);
      i++;
    }

    strcpy(buff, shm_addr+strlen(flag));
    printf("child: share-memory: %s\n", buff);

    if(shmdt(shm_addr) == (void*)-1)
    {
      perror("shmat");
      exit(1);
    }
    else
    {
      printf("child: deattach shared-memory.\n");
    }

    system("ipcs -m");
    if(shmctl(shm_id, IPC_RMID, NULL) == -1)
    {
      perror("child: shmctl(IPC_RMID)\n");
      exit(1);
    }
    else
    {
      printf("delete shared-memory.\n");
    }
    system("ipcs -m");
    exit(0);
  }
  else//父進程進入該分支
  {
    printf("this is parent process.\n");
    shm_addr = shmat(shm_id, 0, 0);//將共享內存映射到父進程
    if(shm_id == -1)
    {
      perror("creat share memory");
      exit(1);
    }
    else
    {
      printf("parent process share memory address: %p\n", shm_addr);
    }
    sleep(1);
    printf("\ninput some string:\n");
    fgets(buff, MAX_BUFFER_LEN, stdin);
    strncpy(shm_addr+strlen(flag), buff, strlen(buff));
    strncpy(shm_addr, flag, strlen(flag));

    if(shmdt(shm_addr) == -1)
    {
      perror("parent: shmdt");
      exit(1);
    }
    else
    {
      printf("parent: deattach share memory\n");
    }
    system("ipcs -m");

    waitpid(pid, NULL, 0);
    printf("finish\n");
  }
  exit(0);
  return 0;
}
//編譯命令爲：gcc shm.c -o shm
//運行命令爲：./shm

下圖是代碼運行結果：

總結

共享內存是一種很高效的進程間通信方式，其原理非常簡單，且易於用代碼實現，感興趣的朋友可以自己動手實踐一下。

共享內存通信雖說簡單，但在實際開發項目應用並不太廣泛。下篇文章將介紹一種廣泛使用的進程間通信方式—消息隊列。

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