共享内存是最快的IPC方式，一个进程中内存映射到其他进程的地址空间中，之后数据传递不再需要内核的系统调用，其他进程可以直接访问内存空间。示意图如下：

共享内存注意点：

映射不能改变文件的大小。内容写回文件时，不能超过文件的大小。
可用于进程间通信的有效地址空间不完全受限于被映射文件的大小。内核分配的空间可能比文件大小大。
文件被映射后，所有对映射区域的访问实际上都是对内存区域的访问。

1 文件映射内存区

1.1 mmap函数

头文件：
函数定义： void* mmap(void* addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset)
功能：将文件或设备空间映射到共享内存区
返回值：成功返回共享内存区起始地址，失败返回-1
参数：

Addr：要映射的起始地址，通常为NULL，由内核自动选择
len：映射内存区的字节数
prot：映射区保护方式

flags：标志

fd：文件描述符
offset：从文件头开始的偏移量

1.2 munmap函数
头文件：
函数定义： void* munmap(void* addr, size_t len)
功能：取消mmap函数建立的映射
返回值：成功返回0，失败返回-1
参数：
Addr：要映射的起始地址
len：映射内存区的字节数

1.3 msync函数
头文件：
函数定义： int msync(void* addr, size_t len, int flags)
功能：对共享内存中的数据执行同步操作
返回值：成功返回0，失败返回-1
参数：
addr：映射内存的起始地址
len：映射到进程空间的字节数
flags：标志

1.4 代码实例

//==================================write
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#define ERR_EXIT(m)\
    do\
    {\
        perror(m);\
        exit(EXIT_FAILURE);\
    }while(0)
typedef struct student
{
    char name[4];
    int age;
}STU;
int main(int argc, char* argv[])
{
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage: %s, <filename>\r\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    int fd;
    fd = open(argv[1], O_CREAT | O_RDWR | O_TRUNC, 0666); //打开文件
    if (fd == 1)
        ERR_EXIT("open failed");
    lseek(fd, sizeof(STU) * 5 -1, SEEK_SET);//定位到某位置
    write(fd, "", 1);//写入数据
    STU* p = (STU*)mmap(NULL, sizeof(STU) * 5, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);//将文件映射为共享内存
    if (p == NULL)
        ERR_EXIT("mmap failed");
    char ch = 'a';
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        memcpy((p+i)->name, &ch, 1);
        (p+i)->age = 20 + i;
        ch++;
    }
    printf("initialize over\r\n");
    munmap(p, sizeof(STU) * 5);
    printf("exit\r\n");
    return 0;
}
//==================================read
int main(int argc, char* argv[])
{
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage: %s, <filename>\r\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    int fd;
    fd = open(argv[1], O_RDWR, 0666); //打开文件
    if (fd == 1)
        ERR_EXIT("open failed");
    STU* p = (STU*)mmap(NULL, sizeof(STU) * 5, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);//将文件映射为共享内存
    if (p == NULL)
        ERR_EXIT("mmap failed");
    char ch = 'a';
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("name = %s, age = %d\r\n", (p+i)->name, (p+i)->age);
    }
    munmap(p, sizeof(STU) * 5);
    printf("exit\r\n");
    return 0;
}

2 system V共享内存

统一头文件：

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

2.1 shmget

函数定义： int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
功能：创建共享内存
返回值：成功返回共享内存段的标识码，失败返回-1
参数：

key：共享内存段的名称
size：共享内存大小
shmflg：由九个权限标志组成，类似创建文件时的mode权限

2.2 shmat
函数定义： void* shmat(int shmid, const void* shmaddr, int shmflg);
功能：将共享内存段连接到进程地址空间
返回值：成功返回共享内存起始地址，失败返回-1
参数：
shmid：共享内存段标识码
shmaddr：指定连接地址
shmflg：SHM_RND或SHM_RDONLY

备注：

shmaddr=NULL，内核自动选择一个地址返回
shmaddr！=NULL，shmflg！=SHM_RND，以shmaddr为连接地址
shmaddr！=NULL，shmflg=SHM_RND，内核会自动调整对齐地址，公式：addr - (addr % SHMLBA)

2.3 shmdt
函数定义： int shmdt(const void* shmaddr);
功能：将共享内存段与当前进程脱离，但并未删除共享内存段
返回值：成功返回0，失败返回-1
参数：
shmaddr：共享内存段起始地址

2.4 shmclt

函数定义： int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds* buf);
功能：修改或删除共享内存段
返回值：成功返回0，失败返回-1
参数：

shmid：共享内存标识码
cmd：将要采取的操作

buf：想要配置的值

2.5 代码实例

//======================================write
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define ERR_EXIT(m)\
    do\
    {\
        perror(m);\
        exit(EXIT_FAILURE);\
    }while(0)
typedef struct student
{
    char name[4];
    int age;
}STU;
int main(int argc, char* argv[])
{
    int shmid;
    shmid = shmget(1234, sizeof(STU), IPC_CREAT| 0666);
    if (shmid == -1)
        ERR_EXIT("shmget faile");
    STU *p;
    p = (STU*)shmat(shmid, NULL, SHM_RND);//映射内存到进程的地址空间
    if (p == (void*)-1)
        ERR_EXIT("shmat failed");
    strcpy(p->name, "barr");//直接对共享内存进行操作
    p->age = 20;
    shmdt(p);//解除映射
    return 0;
}
//===================================read
int main(int argc, char* argv[])
{
    int shmid;
    shmid = shmget(1234, sizeof(STU), 0);//打开填0即可
    if (shmid == -1)
        ERR_EXIT("shmget faile");
    STU *p;
    p = (STU*)shmat(shmid, NULL, SHM_RND);//映射内存到进程的地址空间
    if (p == (void*)-1)
        ERR_EXIT("shmat failed");
    //读取内存中值
    printf("name:%s, age:%d", p->name, p->age);
    shmdt(p);//解除映射
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);//删除共享内存
    return 0;
}

3 posix共享内存

头文件

#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>        /* For mode constants */
#include <fcntl.h>           /* For O_* constants */

3.1 posix共享内存函数

shm_open

函数定义：int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);
功能：创建或打开共享内存对象
返回值：成功返回文件描述符，失败返回-1
参数：

name：共享内存名字
oflag：取值有O_RDONLY, O_RDWR, O_CREAT, O_EXCL, O_TRUNC
mode: 权限，oflag指定O_CREAT时需要设置，其他可以设置为0

ftruncate
函数定义：int ftruncate(int fd, off_t length);
功能：修改共享内存对象的大小
返回值：成功返回0，失败返回-1
参数：
fd：文件描述符
length：要修改的长度

fstat
函数定义：int fstat(int fd, struct stat *buf);
功能：获取共享内存对象的信息
返回值：成功返回0，失败返回-1
参数：
fd：文件描述符
buf：详细内存状态

shm_unlink
函数定义：int shm_unlink(const char *name);
功能：删除共享内存对象
返回值：成功返回0，失败返回-1
参数：
name：共享内存的名字

3.2 共享内存映射

POSIX共享内存映射同样要使用mmap和munma函数来映射和取消映射。

#include "common.h"
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>        /* For mode constants */
#include <fcntl.h>           /* For O_* constants */
struct student
{
    char name[32];
    int age;
};
int main()
{
    //创建共享内存
    int shmid = shm_open("/xyz", O_CREAT | O_RDWR, 0666);
    if (shmid == -1)
        ERR_EXIT("shm_open failed");
    //设置共享内存大小
    if (ftruncate(shmid, sizeof(student)) == -1)
        ERR_EXIT("ftruncate failed");
    struct stat buf;
    //获取共享内存信息
    if (fstat(shmid, &buf) == -1)
        ERR_EXIT("fstat failed");
    printf("size=%d, mode=%d\r\n", buf.st_size, buf.st_mode & 0777);
    //映射共享内存到进程地址空间
    student* p = (student*)mmap(NULL, buf.st_size, PROT_WRITE, MAP_SHARED, shmid, 0);
    if (p == MAP_FAILED)
        ERR_EXIT("mmap failed");
    strcpy(p->name, "test");
    p->age = 29;
    if (shm_unlink("/xyz") == -1)
        ERR_EXIT("shm_unlink");
    return 0;
}

Linux系统编程

5 共享内存

1 文件映射内存区

1.1 mmap函数

1.2 munmap函数

1.3 msync函数

1.4 代码实例

2 system V共享内存

2.1 shmget

2.2 shmat

2.3 shmdt

2.4 shmclt

2.5 代码实例

3 posix共享内存

3.1 posix共享内存函数

shm_open

ftruncate

fstat

shm_unlink

3.2 共享内存映射