Linux -- SysremV 共享内存通信
一、共享内存通信直接原理
1.1 进程间通信的本质是：先让不同的进程看到同一份资源；
1.2 共享内存通信图解：
①：第一步进程A向物理内存中申请创建一块资源空间；
②：第二步申请成功后把这块内存对应的虚拟地址挂载到进程A的地址空间中；
③：第三步进程B向物理内存中获取进程A已创建好的资源，
④：进程B获取成功后，把对应的虚拟地址挂载到进程B的地址空间中；
⑤：以上步骤实现完就已经建立了通信的前提：两个不同的进程看到同一块资源，可以开始通信了！
⑥：通信结束后进程A取消对这块共享内存的关联，进程B也取消对这块共享内存的关联；
⑦：最后一步：谁把这块共享内存创建出来的谁就来释放，这里明显是进程A来创建的所以只需要进程A来释放，进程B啥事也不用做；
1.3如何保证不同进程看到同一块共享内存?怎么知道这块共享内存存在还是不存在？？
介绍一个接口：
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
key_t ftok(const char* pathname,int proj_id);
//这是一个用来获取key的接口，这个key具有唯一性
// pathname、proj_id :通过这两货运用算法生成一个重复概率比较低的key值，pathname和proj_id参数可以随便传
// 返回值key_t ：如果获取失败返回值小于0，如果成功返回key值通过这个key值向内存中申请一块空间，确保了这块共享内存空间的唯一性！
有了key值那就来创建一块共享内存空间吧！
介绍一个接口：
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmget(key_t key,size_t size,int shmflg);
//1. 这是一个通过key值来创建或者获取共享内存的接口，注意这里创建跟获取的意思：
创建：申请的这块共享内存空间必须不存在，存在就出错返回，确保这块共享内存一定是新的，确保了‘我’一定是第一个创建的！！
获取： 获取的意思是这块共享内存不存在就创建，存在就获取并返回，即获得的这一块共享内存并不一定是新的！！有可能是已经被别人创建好的了！！
//2. key -> 一个已经通过接口函数创建好的key值；size -> 想要创建内存空间的大小，这里最好是4096的整数倍，因为你申请4097系统会给你8192shmflg-> 通过这个参数传参使这个接口函数的功能发生改变，如果单单传的是IPC_CREAT功能就是获取，如果传IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666 功能等于创建，这里的0666是权限根据自己需求写；int返回值 -> 创建失败会返回<0；创建成功返回一个值，这个值就是shmid作用相当于key，只不过shmid是给用户层使用的，用户可以通过shmid找到这块共享内存对其进行操作，而key是共享内存的内核数据结构，用来标志这块内存的唯一性，是操作系统内核数据结构用的；OK，接口有了，那我们就来创建一块共享内存吧！
二、共享内存的创建
2.1 在.hpp文件中实现创建跟获取方法，在进程中直接调用
//.hpp
#ifndef __COMM__
#define __COMM__
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define PATH_NAME "/home/LDCWD/learncode"
#define PROJ_ID 12345
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#define SHMSIZE 4096
key_t GetKey()
{key_t key=ftok(PATH_NAME,PROJ_ID);if(key<0){perror("ftok");exit(-1);}return key;
}
int GetSHMmethod(int shmflg)
{key_t key=GetKey();int shmid=shmget(key,SHMSIZE,shmflg);if(shmid<0){perror("shmget");exit(-2);}return shmid;
}
int CreatSHM()//创建
{return GetSHMmethod(IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
}
int GetSHM()//获取
{return GetSHMmethod(IPC_CREAT);
}#endif//进程A
#include "comm.hpp"
int main()
{int shmid=CreatSHM();return 0;
}编译运行后查看共享内存：（命令：ipcs -m）
运行前：
编译ProcessA并运行：
可以看到我们成功创建好一块共享内存，shmid为13，key为0x39010dd7 ，权限为666，大小为4096字节；
2.2 共享内存的生命周期
当程序运行结束后，我们发现这块共享内存依然存在！
由此可得出结论：共享内存的生命周期是随内核的！用户不主动关闭，共享内存会一直存在！（除非内核重启或者用户释放！）
注意：这里的nattch是关联的意思，已经就是当前的共享内存有0个进程关联，即当前共享内存挂载到0个进程当中，ok！接下来我们把共享内存挂载到进程中看看nattch是否会发生变化？
2.3 共享内存的关联
介绍两个接口：
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
void* shmat(int shmid,const void* shmaddr,int shmflg);
//1. 这是一个把共享内存挂载到进程地址空间中的函数接口
//2. shmid -> 用key创建内存时的返回值
//3. shmaddr -> 设为null让操作系统去做，shmflg也设为0int shmdt(const void* shmaddr);
//1. 这是一个取消共享内存关联的函数接口
//2 . shmaddr -> 只要告诉起始地址
//3. int -> 返回值如果取消失败返回-1接下来我们要做的是：
①挂载到进程A；
②取消进程A与共享内存的关联；
查看nattch的变化！
代码：
int main()
{int shmid=CreatSHM();sleep(3);char *shmptr=(char*)shmat(shmid,NULL,0);//挂载sleep(3);int n=shmdt(shmptr);//取消关联if(n==-1){perror("shmdt");exit(-3);}return 0;
}运行3s后nattch由0变1，接下来3s后nattch由1变0
所以关联与取消关联成功！
接下来再介绍一个接口：
#include<sys/ipc.h>
#inlcude <sys/shm.h>
int shmctl(int shmid, int cmd ,struct shmid_ds* buf);
//1. 这是一个释放共享内存的接口函数，也可以是一个获取共享内存属性的接口函数
//2. 当需要释放内存的时候，shmid传入的还是那个shmid，cmd需要设置为 IPC_RMID,并且 buf设空
//3. 当需要获取共享内存属性时，shmid还是那个shmid ，cmd需要设置为 IPC_STAT，buf需要设为共享内存数据结构的地址；获取后再通过访问这个内存数据结构体的成员变量获得；2.4共享内存的属性获取与共享内存的释放
增加代码后编译运行：
int main()
{int shmid=CreatSHM();//创建共享内存sleep(3);char *shmptr=(char*)shmat(shmid,NULL,0);//关联sleep(3);int n=shmdt(shmptr);//取消关联if(n==-1){perror("shmdt");exit(-3);}//获取属性并打印struct shmid_ds shmds;shmctl(shmid,IPC_STAT,&shmds);std::cout<<"atime:"<<shmds.shm_atime<<" "<<"nattch:"<<shmds.shm_nattch<<" "<<std::endl;//释放共享内存shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);return 0;
}
共享内存属性成功打印出来，并成功释放掉共享内存！
以上进程A的创建共享内存并关联还有释放工作已经就绪，接下来就是进程B去获取进程A已创建好的共享内存，并挂载到自己的进程空间地址中，然后就可以开始通信了！！！
三、进程间通信
3.1进程B的工作
//进程B
#include "comm.hpp"
int main()
{int shmid=GetSHM();//获取共享内存char *shmptr=(char*)shmat(shmid,NULL,0);//关联sleep(3);int n=shmdt(shmptr);//取消关联if(n==-1){perror("shmdt");exit(-3);}return 0;
}我们让进程A创建好后休眠两秒再关联然后休眠10s后再取消关联，进程B获取后直接关联，然后休眠三秒后再取消关联，先运行进程A再运行进程B，同时查看nattch的变化：
写一下makefile：
//makefile
.PHONY:all
all:ProcessA ProcessB
ProcessA:ProcessA.ccg++ -o $@ $^ -std=c++11
ProcessB:ProcessB.ccg++ -o $@ $^ -std=c++11
.PHONY:clean
clean:rm -f ProcessA ProcessBmake之后生成两个进程：
先运行A再运行B：
while ：; do ipcs -m ;sleep 1;done 查看：
可以看到nattch从A创建出来从 0，到A挂载-> 1 到B挂载 -> 2 到B 取关 -> 1 到A取关 -> 0 到A释放内存 -> 空的过程！！
3.2开始通信
我们让B进程往共享内存里写，A进程从共享内存中读取
进程A通信代码：
进程B通信代码：
运行 A 后运行 B：
注意此时我还没开始运行B ，A已经开始读起来了！
运行B后输入内容：
进程B：
进程A：
B进程：
A进程：
OK，到这里进程A跟进程B已经实现通信了！！
四、共享内存通信特点
4.1、共享内存没有同步与互斥之类的保护机制；
4.2、共享内存是所有通信中速度最快的，原因：拷贝少
例：管道通信：
而共享内存通信直接往内存里写或者读就行，不需要拷贝！！
4.3、共享内存内部的数据由用户自己维护；
五、利用管道实现共享内存通信的同步
5.1、实现方法，思路
利用管道实现同步的思路：①首先要由一个进程负责管道的创建与删除工作；
②让读端在从共享内存里读取数据前先从管道里读内容，这个内容是写端写入的内容，如果读取到说明写端已经向共享内存完成写入，就可以向共享内存中读取数据了！！
③让写端在往共享内存中写好数据后，接着往管道里写入内容，表面共享内存写端已写入完成，可以开始读取了！！
由以上三个步骤可以实现同步！
5.2 代码，测试
向头文件中加入Init类，用来对管道的创建与删除工作：
class Init
{public:Init(){//创建命名管道int retmkfifo=mkfifo(FIFOFILE_NAME,MODE);if(retmkfifo==-1){perror("mkfifo");exit(-6);}}~Init(){//删除管道文件int retunlink=unlink(FIFOFILE_NAME);if(retunlink==-1){perror("unlink");exit(-7);}}
};在A进程中实例化对象，并在读共享内存之前打开管道文件并读取：
在进程B中写入共享内存完成后向管道写入内容，表示可以读了：
可以看到A进程运行后没有立马开始读，在等待B进程输入：
B进程输入一条消息后A进程不会一直输出，只会打印一条消息！！
OK！！！以上关于实现共享内存通信的所有基本步骤完成！！！
如果对您有所帮助麻烦点赞收藏+关注哦！！谢谢！！！
咱下期见！！！