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共享内存允许两个或者多个进程共享物理内存的同一块区域(通常被称为段)。由于一个共享内存段会称为一个进程用户空间的一部分，因此这种 IPC 机制无需内核介入。所有需要做的就是让一个进程将数据复制进共享内存中，并且这部分数据会对其他所有共享同一个段的进程可用。
与管道等要求发送进程将数据从用户空间的缓冲区复制-> 进该进程的内核内存, 接收进程将数据从此进程的内核内存复制-> 进用户空间的缓冲区的做法相比，这种 IPC 技术的速度更快。

使用共享内存步骤：

调用 shmget() 创建一个新共享内存段或取得一个既有共享内存段的标识符(即由其他进程创建的共享内存段)。这个调用将返回后续调用中需要用到的共享内存标识符。
使用 shmat() 来附上共享内存段，即使该段成为调用进程的虚拟内存的一部分。在共享区
此刻在程序中可以像对待其他可用内存那样对待这个共享内存段。为引用这块共享内存，程序需要使用由 shmat() 调用返回的 addr 值，它是一个指向进程的虚拟地址空间中该共享内存段的起点的指针。
调用 shmdt() 来分离共享内存段。在这个调用之后，进程就无法再引用这块共享内存了。这一步是可选的，并且在进程终止时会自动完成这一步。
调用 shmctl() 来删除共享内存段。只有当当前所有附加内存段的进程都与之分离之后内存段才会销毁。只有一个进程需要执行这一步。

共享内存相关函数

- int shmget(key\_t key, size\_t size, int shmflg);
- void * shmat(int shmid, const void * shmaddr, int shmflg); 
- int shmdt(const void * shmaddr);
- int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid\_ds * buf);
- key\_t ftok(const char * pathname, int proj\_id);

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

功能：创建一个新的共享内存段，或者获取一个既有的共享内存段的标识。新创建的内存段中的数据都会被初始化为0

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
- 参数：
    - key : key_t类型是一个整形，通过这个找到或者创建一个共享内存。
            一般使用16进制表示，非0值
    - size: 共享内存的大小
    - shmflg: 属性
        - 访问权限
        - 附加属性：创建/判断共享内存是不是存在
            - 创建：IPC_CREAT
            - 判断共享内存是否存在： IPC_EXCL , 需要和IPC_CREAT一起使用
                IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0664
    - 返回值：
        失败：-1 并设置错误号
        成功：>0 返回共享内存的引用的ID，后面操作共享内存都是通过这个值。
 int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

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

功能：和当前的进程进行关联

- 参数：
    - shmid : 共享内存的标识（ID）,由shmget返回值获取
    - shmaddr: 申请的共享内存的起始地址，指定NULL，内核指定
    - shmflg : 对共享内存的操作
        - 读 ： SHM_RDONLY, 必须要有读权限
        - 读写： 0
- 返回值：
    成功：返回共享内存的首（起始）地址。  失败(void *) -1
    
void * shmat(int shmid, const void * shmaddr, int shmflg);

int shmdt(const void * shmaddr);

功能：解除当前进程和共享内存的关联

- 参数：
    shmaddr：共享内存的首地址
- 返回值：成功 0， 失败 -1
int shmdt(const void * shmaddr);

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

功能：对共享内存进行操作。删除共享内存，共享内存要删除才会消失，创建共享内存的进行被销毁了对共享内存是没有任何影响。

- 参数：
    - shmid: 共享内存的ID
    - cmd : 要做的操作
        - IPC_STAT : 获取共享内存的当前的状态
        - IPC_SET  : 设置共享内存的状态
        - IPC_RMID : 标记共享内存被销毁
    - buf：需要设置或者获取的共享内存的属性信息
        - IPC_STAT : buf存储数据,获取该内存的相关属性信息
        - IPC_SET  : buf中需要初始化数据，设置到内核中
        - IPC_RMID : 没有用，NULL
        
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds * buf);

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

功能：根据指定的路径名，和int值，生成一个共享内存的key

- 参数：
    - pathname:指定一个存在的路径
        /home/nowcoder/Linux/a.txt
        / 
    - proj_id: int类型的值，但是这系统调用只会使用其中的1个字节
               范围 ： 0-255  一般指定一个字符 'a'
         同一个proj_id生成用一个key
key_t ftok(const char * pathname, int proj_id);

应用

write_shm.c

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

int main() {    

    // 1.创建一个共享内存
    int shmid = shmget(100, 4096, IPC_CREAT|0664);
    printf("shmid : %d\n", shmid);
    
    // 2.和当前进程进行关联
    void * ptr = shmat(shmid, NULL, 0);

    char * str = "helloworld";

    // 3.写数据
    memcpy(ptr, str, strlen(str) + 1);

    printf("按任意键继续\n");
    // 以达到暂停进程，让读程序关联内存
    getchar();

    // 4.解除关联
    shmdt(ptr);

    // 5.删除共享内存
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}

read_shm.c

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

int main() {    

    // 1.获取一个共享内存, key必须与创建时一致，size必须小于创建时设置的
    int shmid = shmget(100, 0, IPC_CREAT);
    printf("shmid : %d\n", shmid);

    // 2.和当前进程进行关联
    void * ptr = shmat(shmid, NULL, 0);

    // 3.读数据
    printf("%s\n", (char *)ptr);
    
    printf("按任意键继续\n");
    getchar();

    // 4.解除关联
    shmdt(ptr);

    // 5.删除共享内存
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}

共享内存命令

ipcs 用法
- ipcs -a // 打印当前系统中所有的进程间通信方式的信息
- ipcs -m // 打印出使用共享内存进行进程间通信的信息
- ipcs -q // 打印出使用消息队列进行进程间通信的信息
- ipcs -s // 打印出使用信号进行进程间通信的信息
ipcrm 用法
- ipcrm -M shmkey // 移除用shmkey创建的共享内存段
- ipcrm -m shmid // 移除用shmid标识的共享内存段
- ipcrm -Q msgkey // 移除用msqkey创建的消息队列
- ipcrm -q msqid // 移除用msqid标识的消息队列
- ipcrm -S semkey // 移除用semkey创建的信号
- ipcrm -s semid // 移除用semid标识的信号

共享内存的问题

问题1：操作系统如何知道一块共享内存被多少个进程关联？

- 共享内存维护了一个结构体struct shmid_ds 这个结构体中有一个成员 shm_nattch
- shm_nattach 记录了关联的进程个数

问题2：可不可以对共享内存进行多次删除 shmctl

- 可以的
- 因为shmctl 标记删除共享内存，不是直接删除
- 什么时候真正删除呢?
    当和共享内存关联的进程数为0的时候，就真正被删除
- 当共享内存的key为0的时候，表示共享内存被标记删除了
    如果一个进程和共享内存取消关联，那么这个进程就不能继续操作这个共享内存。也不能进行关联。

共享内存和内存映射的区别

共享内存可以直接创建，内存映射需要磁盘文件（匿名映射除外）
共享内存效果更高
内存
- 所有的进程操作的是同一块共享内存。
- 内存映射，每个进程在自己的虚拟地址空间中有一个独立的内存。
数据安全
- 进程突然退出
  - 共享内存还存在
  - 内存映射区消失
- 运行进程的电脑死机，宕机了
  - 数据存在在共享内存中，没有了
  - 内存映射区的数据，由于磁盘文件中的数据还在，所以内存映射区的数据还存在。
生命周期
- 内存映射区：进程退出，内存映射区销毁
- 共享内存：
  - 进程退出，共享内存还在，标记删除（所有的关联的进程数为0），或者关机
  - 如果一个进程退出，会自动和共享内存进行取消关联。

MEMORY SHARE