进程间通信之： 共享内存

8.5 共享内存

8.5.1 共享内存概述

可以说，共享内存是一种最为高效的进程间通信方式。因为进程可以直接读写内存，不需要任何数据的复制。为了在多个进程间交换信息，内核专门留出了一块内存区。这段内存区可以由需要访问的进程将其映射到自己的私有地址空间。因此，进程就可以直接读写这一内存区而不需要进行数据的复制，从而大大提高了效率。当然，由于多个进程共享一段内存，因此也需要依靠某种同步机制，如互斥锁和信号量等（请参考本章的共享内存实验）。其原理示意图如图8.8所示。

图8.8 共享内存原理示意图

8.5.2 共享内存的应用

1．函数说明

共享内存的实现分为两个步骤，第一步是创建共享内存，这里用到的函数是shmget()，也就是从内存中获得一段共享内存区域，第二步映射共享内存，也就是把这段创建的共享内存映射到具体的进程空间中，这里使用的函数是shmat()。到这里，就可以使用这段共享内存了，也就是可以使用不带缓冲的I/O读写命令对其进行操作。除此之外，当然还有撤销映射的操作，其函数为shmdt()。这里就主要介绍这3个函数。

2．函数格式

表8.20列举了shmget()函数的语法要点。

表8.20 shmget()函数语法要点

表8.21列举了shmat()函数的语法要点。

表8.21 shmat()函数语法要点

表8.22列举了shmdt()函数的语法要点。

表8.22 shmdt()函数语法要点

3．使用实例

该实例说明如何使用基本的共享内存函数。首先是创建一个共享内存区（采用的共享内存的键值为IPC_PRIVATE，是因为本实例中创建的共享内存是父子进程之间的共用部分），之后创建子进程，在父子两个进程中将共享内存分别映射到各自的进程地址空间之中。

父进程先等待用户输入，然后将用户输入的字符串写入到共享内存，之后往共享内存的头部写入"WROTE"字符串表示父进程已成功写入数据。子进程一直等到共享内存的头部字符串为"WROTE"，然后将共享内存的有效数据（在父进程中用户输入的字符串）在屏幕上打印。父子两个进程在完成以上工作之后，分别解除与共享内存的映射关系。

最后在子进程中删除共享内存。因为共享内存自身并不提供同步机制，所以应该额外实现不同进程之间的同步（例如：信号量）。为了简单起见，在本实例中用标志字符串来实现非常简单的父子进程之间的同步。

这里要介绍的一个命令是ipcs，这是用于报告进程间通信机制状态的命令。它可以查看共享内存、消息队列等各种进程间通信机制的情况，这里使用了system()函数用于调用shell命令"ipcs"。程序源代码如下所示：

/* shmem.c */

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