共享内存

一、共享内存（Shared Memory）

1.1 基本概念

• System V提供：UNIX操作系统的进程间通信方式

• 特点：效率最高的IPC方式

1.2 操作流程

key → 申请对象 → 映射对象 → 读写对象 → 撤销映射 → 删除对象

1.3 与管道的区别

特性	共享内存	管道
读写权限	双方都可读写	半双工，固定读写端
阻塞	无读写阻塞	有读写阻塞
同步	需搭配其他IPC（信号/信号量）	自带同步
存储	内存区域（字符数组）	特殊文件
数据保留	数据保持，需主动清除	读取后剪切

1.4 相关函数接口

1.4.1 生成键值 ftok()

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>

key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

功能：通过路径和项目ID生成唯一键值
参数：

• pathname：任意存在且不常改变的文件路径

• proj_id：项目ID（通常使用ASCII字符）
  返回值：成功返回键值，失败返回-1

1.4.2 申请共享内存 shmget()

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

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

功能：申请共享内存
参数：

• key：唯一键值

• size：申请的内存大小

• shmflg：权限标志

  • IPC_CREAT：创建（如果不存在）

  • IPC_EXCL：检测是否存在

  • 权限：八进制数（如0666）
    返回值：成功返回shmid，失败返回-1

1.4.3 映射共享内存 shmat()

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

功能：将共享内存映射到进程地址空间
参数：

• shmid：共享内存ID

• shmaddr：映射地址（通常为NULL，由系统分配）

• shmflg：访问权限

  • 0：读写

  • SHM_RDONLY：只读
    返回值：成功返回映射地址，失败返回(void*)-1

1.4.4 读写共享内存

// 字符串操作
strcpy(shm_ptr, "Hello");
strcat(shm_ptr, " World");

// 内存操作
memcpy(shm_ptr, data, size);
memset(shm_ptr, 0, size);
memcmp(shm_ptr, data, size);

// 直接赋值
*(int*)shm_ptr = 100;

1.4.5 撤销映射 shmdt()

int shmdt(const void *shmaddr);

功能：断开共享内存映射
参数：

• shmaddr：映射地址
  返回值：成功返回0，失败返回-1

1.4.6 删除共享内存 shmctl()

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

功能：控制共享内存
参数：

• shmid：共享内存ID

• cmd：控制命令

  • IPC_RMID：删除共享内存

• buf：通常为NULL
  返回值：成功返回0，失败返回-1

1.5 示例代码

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

#define SHM_SIZE 1024

int main() {
    // 1. 生成键值
    key_t key = ftok("/tmp", 'A');
    if (key == -1) {
        perror("ftok");
        exit(1);
    }
    
    // 2. 申请共享内存
    int shmid = shmget(key, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0666);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget");
        exit(1);
    }
    
    // 3. 映射共享内存
    char *shm_ptr = (char*)shmat(shmid, NULL, 0);
    if (shm_ptr == (void*)-1) {
        perror("shmat");
        exit(1);
    }
    
    // 4. 读写共享内存
    sprintf(shm_ptr, "Hello from PID: %d", getpid());
    printf("Write to shm: %s\n", shm_ptr);
    
    sleep(2);  // 等待其他进程读取
    
    // 5. 撤销映射
    if (shmdt(shm_ptr) == -1) {
        perror("shmdt");
    }
    
    // 6. 删除共享内存（通常由最后一个进程执行）
    if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
        perror("shmctl");
    }
    
    return 0;
}

1.6 命令工具

# 查看所有IPC对象
ipcs -a

# 查看共享内存
ipcs -m

# 删除共享内存
ipcrm -m shmid

# 查看进程
ps aux | grep a.out

1.7 共享内存特性验证

1. 数据存储方式：拷贝（不是剪切）

2. 多次读写：会覆盖原有数据（无偏移时）

3. 同步问题：需要配合其他IPC机制