Linux进程间通信——使用共享内存

Linux进程间通信——使用共享内存

在多进程或多线程的应用程序中，进程间通信（Inter-Process Communication，IPC）是确保不同进程能够二者之间交换信息的重要机制。共享内存是IPC的一种常用方法，它允许多个进程共享同一块内存空间，从而实现高效的通信。本文将详细介绍Linux下使用共享内存进行进程间通信的方法。

1. 共享内存的概念

共享内存是一种特殊的内存区域，它允许不同的进程访问同一块内存。在Linux系统中，共享内存通常是通过System V IPC（Inter-Process Communication）或POSIX IPC（POSIX Inter-Process Communication）实现的。System V IPC提供了更为充裕的IPC机制，而POSIX IPC则提供了更为统一的接口。

2. 共享内存的创建

在Linux下，可以使用System V IPC或POSIX IPC来创建共享内存。以下分别介绍两种方法的创建过程。

2.1 使用System V IPC创建共享内存

使用System V IPC创建共享内存需要以下步骤：

1. 使用shmget系统调用创建共享内存段。
2. 使用shmat系统调用将共享内存段映射到当前进程的地址空间。

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int main() {
    key_t key = ftok("shmfile", 65); // 生成共享内存的键值
    int shmid = shmget(key, 1024, 0644 | IPC_CREAT); // 创建共享内存
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget");
        return 1;
    }
    char *data = (char *)shmat(shmid, (void *)0, 0); // 将共享内存映射到地址空间
    if (data == (char *)(-1)) {
        perror("shmat");
        return 1;
    }
    // 在这里，data指向共享内存的地址，可以进行读写操作
    // 使用完毕后，释放共享内存
    if (shmdt(data) == -1) {
        perror("shmdt");
        return 1;
    }
    return 0;
}

2.2 使用POSIX IPC创建共享内存

使用POSIX IPC创建共享内存需要以下步骤：

1. 使用shm_open系统调用打开共享内存对象。
2. 使用ftruncate系统调用设置共享内存的大小。
3. 使用mmap系统调用将共享内存映射到当前进程的地址空间。

#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    const char *name = "/my_shared_memory";
    int shm_fd = shm_open(name, O_CREAT | O_RDWR, 0666);
    if (shm_fd == -1) {
        perror("shm_open");
        return 1;
    }
    ftruncate(shm_fd, 1024); // 设置共享内存的大小
    char *data = mmap(NULL, 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
    if (data == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        return 1;
    }
    // 在这里，data指向共享内存的地址，可以进行读写操作
    // 使用完毕后，关闭共享内存对象
    if (close(shm_fd) == -1) {
        perror("close");
        return 1;
    }
    return 0;
}

3. 共享内存的同步

由于多个进程可以同时访问共享内存，故而需要同步机制来避免竞态条件。在Linux下，可以使用互斥锁（mutex）或读写锁（rwlock）来实现同步。

3.1 使用互斥锁

可以使用POSIX线程库（pthread）提供的互斥锁来同步对共享内存的访问。

#include <pthread.h>
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void *process_function(void *arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁
    // 对共享内存进行操作
    pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁
    return NULL;
}
int main() {
    pthread_t thread_id;
    pthread_create(&thread
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