[Linux] IPC共享內存

一、共享內存原理

二、共享內存生命週期

共享內存的生命週期是隨內核的。
匿名管道、命名管道、消息隊列、信號量、共享內存這五種進程間通信方式。兩種管道的生命週期是隨進程，剩下的都是隨內核的。

三、共享內存爲什麼是最快的通信方式？

  因爲共享內存的原理是：在物理內存中直接開闢一片空間，並將空間映射到各個進程的虛擬地址空間的共享區；這時候進程就可以通過虛擬地址來直接對共享內存進行操作。
  其他通信的方式是將數據拷貝到內核態，用的時候再從內核態拷貝到用戶態進行操作
  共享內存少了兩步從用戶態<–>內核態之間的數據拷貝過程，所以共享內存最快。

---

注意共享內存並沒有進行同步與互斥，所以最好搭配信號量或互斥鎖來使用。

---

四、共享內存的操作流程

第一步：創建共享內存

這一步需要指定標識符、大小、權限。成功會返回一個句柄。
使用函數：int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
參數：
key：共享內存標識符 這個key可以自己去指定成任意的數字也可以通過系統提供的接口 ftok 去生成一個System V 標準的 IPC key 值
size：共享內存大小，最小也是一個內存頁的大小，4096個字節
shmflg：選項信息(權限信息以及如何操作共享內存)

ftok解釋：
ftok - convert a pathname and a project identifier to a System V IPC key（通過一個文件名和proj id生成一個System V 標準的IPC key 值）
   key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
    具體過程：proj_id是一個數字，在ftok這個函數內部通過文件名獲取到文件的inode結點號，然後將inode結點號這個數字取出一部分，再取出proj_id的一部分，合併起來組成 key 值。
    ftok的缺陷：由於ftok是通過文件名和proj_id生成一個key值，會有多個進程連接到共享內存，萬一文件被刪除了，那麼其他進程也就無法訪問到這段共享內存了。就算重新創建一個文件，文件的inode結點號也是不一樣所以還是無法訪問到這段共享內存。

第二步：將共享內存映射到虛擬地址空間

需要句柄、虛擬地址空間的首地址(以便知道映射到哪裏去)
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
參數：
shmid: 共享內存創建返回的句柄
shmaddr：映射首地址-通常置NULL
shmflg：
0 可讀可寫
SHM_RDONLY 只讀
返回值：成功：返回映射首地址 失敗：返回 (void*)-1

第三步：進行內存操作
第四步：解除映射關係

int shmdt(const void *shmaddr);
參數：
shmaddr: 映射首地址
返回值：成功返回：0 失敗返回：-1

第五步：刪除共享內存

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
參數：
shmid: 句柄
cmd： 操作
IPC_RMID 刪除共享內存
buf： 設置/獲取屬性信息
想獲取傳入首地址，不想獲取置NULL
共享內存並不會被立即刪除，而是判斷當前連接數，若不爲0，則拒絕後續連接，直到連接數爲0的時候才刪除這塊共享內存。

---

寫一個共享內存讀寫的例子：
shm_read.c

/*共享內存的基本使用*/

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

#define IPC_KEY 0x12345678
#define PROJ_ID 0x12345678
#define SHM_SIZE    4096
int main()
{
	//1、創建/打開共享內存
    int shmid = shmget(IPC_KEY, SHM_SIZE, IPC_CREAT|0664);
    if(shmid < 0){
		perror("shmget error");
		return -1;
    }

	//2、將共享內存映射到虛擬地址空間
    char *shm_start = (char*)shmat(shmid, NULL, 0);
    if(shm_start == (void*)-1){
		perror("shmat error");
		return -1;
    }

    //3、進行內存操作
    int i = 0;
    while(1){
		printf("%s\n", shm_start);
		sleep(1);
    }

    //4、解除映射關係
    shmdt(shm_start);

    //5、刪除共享內存
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}

shm_write.c

/*共享內存的基本使用*/

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

#define IPC_KEY 0x12345678
#define PROJ_ID 0x12345678
#define SHM_SIZE    4096
int main()
{
    //1、創建/打開共享內存
    int shmid = shmget(IPC_KEY, SHM_SIZE, IPC_CREAT|0664);
    if(shmid < 0){
		perror("shmget error");
		return -1;
    }
    //2、將共享內存映射到虛擬地址空間
    char *shm_start = (char*)shmat(shmid, NULL, 0);
    if(shm_start == (void*)-1){
		perror("shmat error");
		return -1;
    }
    //3、進行內存操作
    int i = 0;
    while(1){
		sprintf(shm_start, "開始輸出！！！ +%d\n", i++);
		sleep(1);
    }
    //4、解除映射關係
    shmdt(shm_start);
    //5、刪除共享內存
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}