迹忆客 专注技术分享

本文将演示关于使用 shmget 函数在 C 语言中分配共享内存的多种方法。

使用 shmget 在 C 语言中分配共享内存

共享内存是进程间通信的方式之一，它允许两个或多个进程在用户空间进行数据交换和快速通信。共享内存意味着多个进程共享内存中的同一区域，它们可以根据需要修改/访问这段内存。

在下面的例子中，我们将演示的接口称为 System V 共享内存，它是用四个函数提供的。shmget、shmat、shmdt 和 shmctl。

• shmget 用于创建一个新的共享内存段或检索已经创建的内存段的标识符。
• shmat 调用用于将给定的共享内存段附加到调用进程的内存空间。
• shmdt 可用于分离给定的内存段。
• shmctl 用于修改和重新分配有多个选项的段。

下一个示例代码实现了一个进程对 shmget 和 shmat 函数的基本使用，该进程创建了一个新的共享段，然后向其中写入一些文本。shmget 函数需要三个参数，其中第一个参数是内存段的 key。如果需要创建新的段，则键值可以是 IPC_PRIVATE 宏，如果需要通过调用获得内存的标识符，则键值可以是现有段的键值。shmget 的第二个参数指定段的大小，第三个参数是权限标志，可以通过或运算来包含多个值。

一旦创建了内存段，就会得到段的标识符，并可以将其传递给 shmat 函数来附加给定的内存。用户可以将给定内存段的具体地址作为第二个参数传递给 shmat。不过，通常还是让内核选择地址，并指定 NULL 来表示。

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <wait.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/shm.h>

enum {SEGMENT_SIZE = 0x6400};

const char *data = "Hello there!";

int main(int argc, char *argv[]) {

    int status;
    int segment_id;

    segment_id = shmget (IPC_PRIVATE, SEGMENT_SIZE,
                        IPC_CREAT | IPC_EXCL | S_IRUSR | S_IWUSR);
    char *sh_mem = (char *) shmat(segment_id, NULL, 0);

    printf("Segment ID %d\n", segment_id);
    printf("Attached at %p\n", sh_mem);
    memmove(sh_mem, data, strlen(data)+1);
    printf("%s\n", sh_mem);

    shmdt(sh_mem);
    shmctl(segment_id, IPC_RMID, 0);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

输出：

Segment ID 1540195
Attached at 0x7f6ba1437000
Hello there!

一旦 shmat 函数返回有效的指针，我们就可以把它当作任何内存地址，并根据需要对它进行操作。最后，调用 shmdt 和 shmctl 函数来分离给定的段并重新分配内存。假设 shmctl 不对分配的内存段进行调用。在这种情况下，在程序终止后，它们会留在系统的内存中，而且可能会触及全系统共享内存段总数的限制。

另一方面，接下来的示例代码演示了两个进程如何使用共享内存进行交互。该代码与上一个例子相同，只是在打印 Hello there!字符串后，主进程被分叉，并创建了一个子进程，该子进程将不同的字符串存储到同一地址中。同时，父进程暂停，等待子进程终止，并以成功代码退出；新存储的字符串被打印到控制台。如果多个进程需要同时修改和访问共享内存段，程序员需要采用一些同步工具，比如信号量。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <wait.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/shm.h>

enum {SEGMENT_SIZE = 0x6400};

const char *data = "Hello there!";

int main(int argc, char *argv[]) {

    int status;
    int segment_id;

    segment_id = shmget (IPC_PRIVATE, SEGMENT_SIZE,
                        IPC_CREAT | IPC_EXCL | S_IRUSR | S_IWUSR);
    char *sh_mem = (char *) shmat(segment_id, 0, 0);

    printf("Segment ID %d\n", segment_id);
    printf("Attached at %p\n", sh_mem);
    memmove(sh_mem, data, strlen(data)+1);
    printf("%s\n", sh_mem);

    pid_t child_pid = fork();
    if (child_pid == -1)
        perror("fork");

    if (child_pid == 0) {
        strcpy(sh_mem, "NEW DATA Stored by Child Process\0");

        printf("child pid - %d\n", getpid());
        exit(EXIT_SUCCESS);
    } else {
        pid_t ret = waitpid(child_pid, &status, WUNTRACED | WCONTINUED);
        if (ret == -1)
            perror("waitpid");

        if (WIFEXITED(status))
            printf("Child exited, status - %d\n", WEXITSTATUS(status));

        if (WEXITSTATUS(status) == 0)
            printf("%s\n", sh_mem);
    }

    shmdt(sh_mem);
    shmctl(segment_id, IPC_RMID, 0);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

输出：

Segment ID 1540195
Attached at 0x7fd825a25000
Hello there!
child pid - 27291
Child exited, status - 0
NEW DATA Stored by Child Process