进程通信——共享内存-阿里云开发者社区

背景

在linux系统开发当中，存在多种方案可以实现进程之间的通信。但最高效的方法莫过于共享内存。但是共享内存传输的数据尽量不要太大。

原理

linux操作系统共享内存是借助tmpfs这个文件系统来实现的，tmpfs文件系的目录为/dev/shm，/dev/shm是驻留在内存 RAM 当中的，因此读写速度与读写内存速度一样，/dev/shm的容量默认尺寸为系统内存大小的一半大小，使用df -h命令可以看到。但实际上它并不会真正的占用这块内存，如果/dev/shm/下没有任何文件，它占用的内存实际上就是0字节，仅在使用shm_open文件时，/dev/shm才会真正占用内存。

共享内存接口

/*创建共享内存文件*/
int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);
/*实现文件映射到内存*/
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);
/*关闭文件映射*/
int munmap(void *addr, size_t length);
/*删除共享内存文件*/
int shm_unlink(const char *name);
/*重置文件大小*/
int ftruncate(int fd, off_t length)

创建接口

int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);

功能说明：shm_open()用于创建或者打开共享内存文件。shm_open()函数的使用和open 使用很像。区别之处是shm_open()操作的文件一定是位于tmpfs文件系统里的，常见的Linux发布版的tmpfs文件系统的存放目录就是/dev/shm。

返回值: 成功返回fd>0，失败返回-1

参数说明：

name：要打开或创建的共享内存文件名，由于shm_open()打开或操作的文件都是位于/dev/shm目录的，因此name最好不能带路径。例如：/var/myshare 这样的名称是错误的，而 myshare 是正确的，因为 myshare 不带任何路径。如果你一定要在name添加路径，那么，请在/dev/shm目录里创建一个目录，例如，如果你想创建一个 bill/myshare 的共享内存文件，那么请先在/dev/shm目录里创建 bill这个子目录，由于不同厂家发布的linux系统的tmpfs的位置也许不是/dev/shm，因此带路径的名称也许在别的环境下打开不成功。

oflag：打开的文件操作属性：O_CREAT、O_RDWR、O_EXCL的按位或运算组合。

mode：文件共享模式，例如 0777

映射接口

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);

功能说明: 将打开的文件映射到内存，一般是将shm_open打开的文件映射到内存，当然也可以将硬盘上的用open函数打开的文件映射到内存。这个函数只是将文件映射到内存中，使得我们用操作内存指针的方式来操作文件数据。

参数说明：

addr：要将文件映射到的内存地址，一般应该传递NULL来由Linux内核指定。

length：要映射的文件数据长度。

prot：映射的内存区域的操作权限（保护属性），包括PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_READ|PROT_WRITE

flags：标志位参数，包括：MAP_SHARED、MAP_PRIVATE与MAP_ANONYMOUS。

MAP_SHARED: 建立共享，用于进程间通信，如果没有这个标志，则别的进程即使能打开文件，也看不到数据。

MAP_PRIVATE: 只有进程自己用的内存区域

MAP_ANONYMOUS:匿名映射区

fd：用来建立映射区的文件描述符，用 shm_open打开或者open打开的文件。

offset：映射文件相对于文件头的偏移位置，应该按4096字节对齐。默认输入0即可

返回值:成功返回映射的内存地址指针，可以用这个地址指针对映射的文件内容进行读写操作，读写文件数据如同操作内存一样；如果失败则返回NULL。

取消内存映射

int munmap(void *addr, size_t length);

功能说明: 取消内存映射，addr是由mmap成功返回的地址，length是要取消的内存长度，munmap 只是将映射的内存从进程的地址空间撤销，如果不调用这个函数，则在进程终止前，该片区域将得不到释放。

删除文件

int shm_unlink(const char *name);

功能说明：删除/dev/shm目录的文件，shm_unlink 删除的文件是由shm_open函数创建于/dev/shm目录的。可以用系统函数unlink来达到同样的效果，用/dev/shm + name 组成完整的路径即可，但一般不要这么做，因为系统的tmpfs的位置也许不是/dev/shm。用shm_open　创建的文件，如果不调用此函数删除，会一直存在于/dev/shm目录里，直到操作系统重启或者调用linux命令rm来删除为止。

重置文件大小

int ftruncate(int fd, off_t length);

功能说明：重置文件大小。任何open打开的文件都可以用这个函数，不限于shm_open打开的文件。

编译

头文件
       #include <sys/mman.h>
       #include <sys/stat.h>        /* For mode constants */
       #include <fcntl.h>           /* For O_* constants */
编译
    Link with -lrt.

例子

下面代码是简单例子还能够优化

/**
 * @file shm_send.c
 * @author Fischer (2092086704@qq.com)
 * @brief 创建两个进程，通过send进程调用recv进程，并把相应的信息传入到recv进程。
 *  进程之间通信采用share memory.
 * @version 0.1
 * @date 2021-12-03
 * 
 * @copyright Copyright (c) 2021
 * 
 */
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include "shm_com.h"
#define MMAP_DATA_SIZE 1024
int main (int argc, char **argv) {
    /*1.获取共享内存的名字*/
    unsigned char shm_name [256];
    struct timeval tv;
    //struct timezone tz;
    gettimeofday(&tv, NULL);
    sprintf(shm_name, "%d", tv.tv_sec/tv.tv_usec + tv.tv_sec%tv.tv_usec);
    int oflag = O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL;
    mode_t mode = 0755;
    int shmfd = shm_open(shm_name, oflag, mode);
    if (shmfd < 0) {
        printf("send shm_open error!\n");
        return -1;
    }
    /*调整shm 重置文件大小*/
    int ret = ftruncate(shmfd, MMAP_DATA_SIZE);
    if (ret < 0) {
        printf("The reset the file size error!\n");
        return -1;
    }
    /**构建文件映射 */
    int prot = PROT_READ|PROT_WRITE;
    int flags = MAP_SHARED;
    shm_info_t * shm_share_info = (shm_info_t *)mmap(NULL, MMAP_DATA_SIZE, prot, flags, shmfd, 0 );
    if ( shm_share_info == NULL) {
        printf("send the file map to memory faild!\n");
        return -1;
    }
    char * shmbuf = "This is hello!";
    strcpy(shm_share_info->identify, "sendtorecv");
    strcpy(shm_share_info->shm_data, shmbuf);
    shm_share_info->shm_length = strlen(shmbuf);
    printf("send shm_name :%s\n",shm_name);
    printf("send shm_identfy :%s shm_data :%s length:%u \n", shm_share_info->identify, shm_share_info->shm_data, shm_share_info->shm_length);
    /* put info to shm**/
    char *args[3] = {NULL};
    args[0] = "./shm_recv";
    args[1] = shm_name;
    args[2] = NULL;
    if (execv("./shm_recv", args)) {
        printf(" execv failed\n");
        return -1;
    }
    close(shmfd);
    /** 取消文件映射*/
    int retm = munmap(shm_share_info, MMAP_DATA_SIZE);
    if (retm < 0) {
        printf("send Unmap memory faild!\n");
        return -1;
    }
    /**删除sham_open 创造出的文件*/
    int retu = shm_unlink(shm_name);
    if (retu < 0) {
        printf("send delete share memeory file!\n");
        return -1;
    }
    return 0;
}

/**
 * @file shm_recv.c
 * @author your name (you@domain.com)
 * @brief 
 * @version 0.1
 * @date 2021-12-03
 * 
 * @copyright Copyright (c) 2021
 * 
 */
#include "shm_com.h"
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#define MMAP_DATA_SIZE 1024
int main(int argc ,char **argv) {
    printf("The shm_recv running!\n");
    if (argc != 2) {
        printf("argc should be 2, but it's %d",argc);
    }
    printf("argv[1]: %s\n",argv[1]);
    char shm_name [32] = {0};
    strcpy(shm_name, argv[1]);
    //printf("shm_name : %s -- %s\n",shm_name, argv[1] );
    /***/
    int oflags = O_RDWR;
    mode_t mode = 0755;
    int shmfd = shm_open(argv[1], oflags, mode);
    if (shmfd < 0) {
        printf("recv shm_open is faild!\n");
        return -1;
    }
    int prot = PROT_READ|PROT_WRITE;
    int flags = MAP_SHARED;
    shm_info_t * shmbuf = (shm_info_t *)mmap(NULL, MMAP_DATA_SIZE, prot, flags, shmfd, 0 );
    if (shmbuf == NULL) {
        printf("recv shmbuf is faild !\n");
        return -1;
    }
    printf("shm_identfy: %s  shm_length: %u shm_data:%s \n",shmbuf->identify, shmbuf->shm_length, shmbuf->shm_data);
    int ret = munmap(shmbuf, MMAP_DATA_SIZE);
    if (ret < 0) {
        printf("recv unmap memeory !\n");
        return -1;
    }
    close (shmfd);
    int retu = shm_unlink(shm_name);
    if (retu < 0)
    {
        printf("recv unlink shm_open file!\n");
        return  -1;
    }
    return 0;
}

/**
 * @file shm_com.h
 * @author your name (you@domain.com)
 * @brief 
 * @version 0.1
 * @date 2021-12-03
 * 
 * @copyright Copyright (c) 2021
 * 
 */
/*This the file is the shm_send and shm_recv shared*/
#ifndef __SHM_COM_H__
#define __SHM_COM_H__
#define SHM_MAX_LENGTH     (1024 -1)
#define SHM_MAX_INDENTIFY  (32 - 1)
typedef struct shm_info_s  shm_info_t;   /**< 重命名结构体*/
struct shm_info_s {
    unsigned int shm_length;
    unsigned char shm_data[SHM_MAX_LENGTH];
    unsigned char identify[SHM_MAX_INDENTIFY];
};
#endif

 1 #!/bin/bash
  2
  3 gcc -o shm_send shm_send.c -lrt
  4
  5 gcc -o shm_recv shm_recv.c -lrt

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