Linux共享内存

共享内存原理

简而言之，就是两个进程指向了同一块物理空间。（它们都能看到同一块内存）
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共享内存在内核中同时可以存在很多个，OS要管理所有的共享内存。
如何保证两个不同进程看到的是同一个共享内存呢？？？要给共享内存提供唯一性标识（后文提到的key）！！！
使用共享内存通信，一定是一个进程创建新的shm，另一个直接获取共享内存即可。

类比：共享内存 vs 文件操作
共享内存，如果进程结束，我们没有主动释放它，则共享内存一直存在。——共享内存的生命周期随内核。（除非重启系统，否则共享内存一直存在）。
文件操作，一个进程打开一个文件，进程退出时，这个被打开的文件就会被系统自动释放掉。——文件的生命周期随进程。

shmget 系统调用函数

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

参数说明

第一个参数 key

1.这个key意义是什么？怎么形成的？
意义：标识共享内存的唯一性。
如何形成：由用户随意指定key值。

2.为什么要让用户传入？

#include <sys/ipc.h>key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

参数由用户指定，由ftok函数的一套算法生成一个key，只要两个进程约定使用同样的字符串，同样的数字，就可以生成同样的key，从而标识同一块内存。

第二个参数 size

指定共享内存段的大小（以字节为单位）。如果是在获取一个已经存在的共享内存段，这个参数可以设置为 0。

注意在内核中共享内存的大小时以4kb为基本单位的。
例子：使用ipcs -m指令，查看共享内存。（这里申请了4096b大小）
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开辟共享内存是向上取整的，例如申请1b，实际上申请了4096b，还有4095b不能使用被浪费了，申请4097b，实际上申请了2×4096b，还有4095b不能使用被浪费了。
所以建议申请大小为n×4 kb。

第三个参数 shmflg

IPC_CREAT：如果共享内存不存在就创建，如果共享内存已经存在，就直接获取它
IPC_EXCL:不能单独使用，没意义。
IPC_CREAT | IPC_EXCL：如果共享内存不存在就创建，如果共享内存已经存在，出错返回！（如果创建成功，一定是全新的共享内存）。
IPC_CREAT | 八进制权限：赋予权限。

关于共享内存的权限

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使用shmget(key, size, IPC_CREAT | IPC_EXCL);

使用shmget(key, size, IPC_CREAT | IPC_EXCL| 0666);通过按位或的方式给共享内存加权限。

实际上第三个标志位的标志定义如下图，最右边三位始终是0，这就给权限位留出了空间。
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删除共享内存

指令删除

ipc指令

ipcs 查看系统中指定用户创建的共享内存，消息队列，信号量。
在这里插入图片描述
ipcs -m 查看系统中指定用户创建的共享内存

使用 ipcrm -m shmid 删除共享内存

key vs shmid
key：在内核的角度，区分shm的唯一性。（类似于struct file*）
shmid：指令级，代码级，最后对共享内存进行控制，用的都是shmid（类似于文件描述符fd）
shmdt

代码删除

shmctl系统调用函数

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

第一个参数 int shmid：
共享内存的标识符

第二个参数 int cmd:
控制命令。常用的命令包括：

IPC_STAT: 获取共享内存段的状态信息，并将其存储在 buf 指向的 shmid_ds 结构中。
IPC_SET:
设置共享内存段的权限和其他属性（如 UID、GID、模式等），使用 buf 中的数据。
IPC_RMID:（用于删除共享内存）
标记共享内存段为已删除。当最后一个进程分离该共享内存段时，它将被真正删除。
IPC_INFO (Linux 特有):
获取系统级别的共享内存信息。 SHM_INFO (Linux 特有): 获取共享内存资源的使用情况。
SHM_STAT (Linux 特有): 类似于 IPC_STAT，但通过索引访问共享内存段。

第三个参数buf：获取共享内存的相关属性

指向 shmid_ds 结构的指针，用于存储或提供共享内存段的状态信息。
如果 cmd 是 IPC_RMID，则可以设置为 NULL。

shmid_ds定义如下：

struct shmid_ds {struct ipc_perm shm_perm; // 权限信息size_t          shm_segsz; // 共享内存段的大小time_t          shm_atime; // 最后附加时间time_t          shm_dtime; // 最后分离时间time_t          shm_ctime; // 最后修改时间pid_t           shm_cpid;  // 创建进程的 PIDpid_t           shm_lpid;  // 最后操作进程的 PIDshmatt_t        shm_nattch; // 当前附加的进程数
}；

返回值
成功时，返回值取决于 cmd：

对于 IPC_STAT、IPC_SET 和 IPC_RMID，成功时返回 0。
对于 IPC_INFO 和 SHM_INFO，返回内核中共享内存段的最大索引值。
对于 SHM_STAT，返回共享内存段的标识符。

失败时，返回 -1，并设置 errno 来指示错误类型。

例子：
代码删除共享内存

void DeleteShm(int shmid)
{int n = shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);if (n < 0){cerr << "shmctl error" << endl;}else{cout << "shmctl delete shm success ,shmid: " << shmid << std::endl;}
}