1. 共享内存简介

共享内存主要用于不同进程之间相互通信，因为操作的是同一块地址，不需要内核和用户层之间数据拷贝，属于最快的进程间通信方式，不过，为了防止读写冲突，一般需要额外的同步手段。之前介绍了SystemV共享内存的使用方式，今天介绍下Posix共享内存。Posix 共享内存API主要有这几个，shm_open，用于获取或者创建一个共享内存文件描述符，ftruncate，用于设置共享内存的大小，新建的共享内存大小为0，mmap，用于将共享内存文件映射到进程的虚拟地址空间，其实共享内存真正核心的工作主要在于mmap，不过mmap是另外一个话题，暂时不讨论。munmap，和mmap作用相反。shm_unlink，移除共享内存。close关闭shm_open获取的文件描述符，通常mmap之后就可以关闭了。fstat获取共享内存的信息，比如大小。下面介绍下相关API接口

2. API接口

2.1 创建共享内存

#include <sys/mman.h> #include <sys/stat.h> /* For mode constants */ #include <fcntl.h> /* For O_* constants */ /** * @brief 创建或获取已存在的共享内存 * * @params name 共享内存名字，以斜杠开头'/'，不超过NAME_MAX(255)字符 * @params oflag O_RDONLY| O_RDWR| O_CREAT| O_EXCL| O_TRUNC * @params mode 设置一些权限，通常使用0即可 * * @returns 成功返回文件描述符，失败返回-1 **/ int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);

2.2 设置共享内存大小

#include <unistd.h> #include <sys/types.h> /** * @brief 修改fd的大小 * * @returns 成功返回0，失败返回-1 **/ int ftruncate(int fd, off_t length);

2.3 查询共享内存文件大小

#include <unistd.h> #include <sys/types.h> /** * @brief 查询fd的信息 * @param fd 要查询的文件描述符 * @param buf 用于保存查询结果的buffer * @returns 成功返回0，失败返回-1 **/ struct stat { dev_t st_dev; /* ID of device containing file */ ino_t st_ino; /* inode number */ mode_t st_mode; /* protection */ nlink_t st_nlink; /* number of hard links */ uid_t st_uid; /* user ID of owner */ gid_t st_gid; /* group ID of owner */ dev_t st_rdev; /* device ID (if special file) */ off_t st_size; /* total size, in bytes */ blksize_t st_blksize; /* blocksize for file system I/O */ blkcnt_t st_blocks; /* number of 512B blocks allocated */ time_t st_atime; /* time of last access */ time_t st_mtime; /* time of last modification */ time_t st_ctime; /* time of last status change */ }; int fstat(int fd, struct stat *buf);

2.4 映射共享内存

#include <sys/mman.h> /** * @brief 映射共享内存到进程自身虚拟地址空间 * * @params addr 映射到的地址，通常设置为NULL，表示内核自己选择合适地址。 * @params length 映射的共享内存大小 * @params prot 保护标志位，可选PROT_EXEC| PROT_READ| PROT_WRITE| PROT_NONE * @params flags 可选 * MAP_SHARED，共享模式，修改对其它进程可见 * MAP_PRIVATE 私有映射，对共享内存的修改对其它进程不可见。 * @params fd 被映射的共享内存文件描述符 * @params offset 文件偏移值，通常填0 * @returns 成功返回共享内存地址，失败返回-1 **/ void *mmap(void *addr, size_t length，int prot, int flags , int fd, off_t offset); /** * @brief 删除mmap的映射 * * @params addr 映射到的地址 * @params length 映射的共享内存大小 * @returns 成功返回0址，失败返回-1 **/ int munmap(void *addr, size_t length);

2.5 删除共享内存

#include <sys/mman.h> #include <sys/stat.h> /* For mode constants */ #include <fcntl.h> /* For O_* constants */ /** * @brief 删除共享内存，只有当所有进程都取消映射后才销毁它 * * @params name 共享内存名字 * * @returns 成功返回0，失败返回-1 **/ int shm_unlink(const char *name); # 编译加上 -lrt选项 Link with -lrt.

3. 共享内存示例

这里仅简单读写，没有考虑同步。

3.1 写共享内存

#include <sys/mman.h> #include <sys/stat.h> /* For mode constants */ #include <fcntl.h> /* For O_* constants */ #include <error.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/mman.h> #include <string.h> #define SHM_NAME "/shm0" #define SHM_SIZE 4096 int main(int argc, char** argv) { if (argc < 2) { printf("Usage: ./shm_write msg\n"); return -1; } // 创建或打开已存在的共享内存 int shm_fd = shm_open(SHM_NAME, O_RDWR|O_CREAT, 0); if (shm_fd == -1) { perror("shm_open error"); return -1; } // 设置共享内存大小 if (ftruncate(shm_fd, SHM_SIZE)) { perror("ftruncate error"); return -1; } // 映射共享内存 char* buffer = (char *)mmap(NULL, SHM_SIZE, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0); if (buffer == (char *)MAP_FAILED) { perror("mmap error"); return -1; } // 关闭共享内存文件描述符，并不影响映射 close(shm_fd); // 写共享内存 strncpy(buffer, argv[1], strlen(argv[1])); // 删除共享内存 //shm_unlink(shm_fd); return 0; }

3.2 读共享内存

#include <sys/mman.h> #include <sys/stat.h> /* For mode constants */ #include <fcntl.h> /* For O_* constants */ #include <error.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/mman.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <unistd.h> #define SHM_NAME "/shm0" #define SHM_SIZE 4096 int main() { // 创建或打开共享内存 int shm_fd = shm_open(SHM_NAME, O_RDWR|O_CREAT, 0); if (shm_fd == -1) { perror("shm_open error"); return -1; } // 获取共享内存大小，读取的时候要用 struct stat stat={0}; if (fstat(shm_fd, &stat)) { perror("fstat error"); return -1; } // 映射共享内存，大小为上一步获取的大小 char* buffer = (char*)mmap(NULL, stat.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, shm_fd, 0); if (buffer == (char *)MAP_FAILED) { perror("mmap error"); return -1; } // 关闭文件描述符 close(shm_fd); // 读取共享内存 printf("Read Msg:%s\n", buffer); // 删除共享内存 shm_unlink(SHM_NAME); return 0; }

3.3 编译&运行

default: gcc -o shm_read shm_read.c -lrt gcc -o shm_write shm_write.c -lrt clean: rm -rf shm_write shm_read

4. 参考文档

https://www.man7.org/linux/man-pages/man7/mq_overview.7.html

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