在 C 语言中使用 shmget 来分配共享内存

Jinku Hu 2023年10月12日
在 C 语言中使用 shmget 来分配共享内存

本文将演示关于使用 shmget 函数在 C 语言中分配共享内存的多种方法。

使用 shmget 在 C 语言中分配共享内存

共享内存是进程间通信的方式之一,它允许两个或多个进程在用户空间进行数据交换和快速通信。共享内存意味着多个进程共享内存中的同一区域,它们可以根据需要修改/访问这段内存。

在下面的例子中,我们将演示的接口称为 System V 共享内存,它是用四个函数提供的。shmgetshmatshmdtshmctl

  • shmget 用于创建一个新的共享内存段或检索已经创建的内存段的标识符。
  • shmat 调用用于将给定的共享内存段附加到调用进程的内存空间。
  • shmdt 可用于分离给定的内存段。
  • shmctl 用于修改和重新分配有多个选项的段。

下一个示例代码实现了一个进程对 shmgetshmat 函数的基本使用,该进程创建了一个新的共享段,然后向其中写入一些文本。shmget 函数需要三个参数,其中第一个参数是内存段的 key。如果需要创建新的段,则键值可以是 IPC_PRIVATE 宏,如果需要通过调用获得内存的标识符,则键值可以是现有段的键值。shmget 的第二个参数指定段的大小,第三个参数是权限标志,可以通过或运算来包含多个值。

一旦创建了内存段,就会得到段的标识符,并可以将其传递给 shmat 函数来附加给定的内存。用户可以将给定内存段的具体地址作为第二个参数传递给 shmat。不过,通常还是让内核选择地址,并指定 NULL 来表示。

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <wait.h>

enum { SEGMENT_SIZE = 0x6400 };

const char *data = "Hello there!";

int main(int argc, char *argv[]) {
  int status;
  int segment_id;

  segment_id = shmget(IPC_PRIVATE, SEGMENT_SIZE,
                      IPC_CREAT | IPC_EXCL | S_IRUSR | S_IWUSR);
  char *sh_mem = (char *)shmat(segment_id, NULL, 0);

  printf("Segment ID %d\n", segment_id);
  printf("Attached at %p\n", sh_mem);
  memmove(sh_mem, data, strlen(data) + 1);
  printf("%s\n", sh_mem);

  shmdt(sh_mem);
  shmctl(segment_id, IPC_RMID, 0);
  exit(EXIT_SUCCESS);
}

输出:

Segment ID 1540195
Attached at 0x7f6ba1437000
Hello there!

一旦 shmat 函数返回有效的指针,我们就可以把它当作任何内存地址,并根据需要对它进行操作。最后,调用 shmdtshmctl 函数来分离给定的段并重新分配内存。假设 shmctl 不对分配的内存段进行调用。在这种情况下,在程序终止后,它们会留在系统的内存中,而且可能会触及全系统共享内存段总数的限制。

另一方面,接下来的示例代码演示了两个进程如何使用共享内存进行交互。该代码与上一个例子相同,只是在打印 Hello there!字符串后,主进程被分叉,并创建了一个子进程,该子进程将不同的字符串存储到同一地址中。同时,父进程暂停,等待子进程终止,并以成功代码退出;新存储的字符串被打印到控制台。如果多个进程需要同时修改和访问共享内存段,程序员需要采用一些同步工具,比如信号量。

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <wait.h>

enum { SEGMENT_SIZE = 0x6400 };

const char *data = "Hello there!";

int main(int argc, char *argv[]) {
  int status;
  int segment_id;

  segment_id = shmget(IPC_PRIVATE, SEGMENT_SIZE,
                      IPC_CREAT | IPC_EXCL | S_IRUSR | S_IWUSR);
  char *sh_mem = (char *)shmat(segment_id, 0, 0);

  printf("Segment ID %d\n", segment_id);
  printf("Attached at %p\n", sh_mem);
  memmove(sh_mem, data, strlen(data) + 1);
  printf("%s\n", sh_mem);

  pid_t child_pid = fork();
  if (child_pid == -1) perror("fork");

  if (child_pid == 0) {
    strcpy(sh_mem, "NEW DATA Stored by Child Process\0");

    printf("child pid - %d\n", getpid());
    exit(EXIT_SUCCESS);
  } else {
    pid_t ret = waitpid(child_pid, &status, WUNTRACED | WCONTINUED);
    if (ret == -1) perror("waitpid");

    if (WIFEXITED(status))
      printf("Child exited, status - %d\n", WEXITSTATUS(status));

    if (WEXITSTATUS(status) == 0) printf("%s\n", sh_mem);
  }

  shmdt(sh_mem);
  shmctl(segment_id, IPC_RMID, 0);
  exit(EXIT_SUCCESS);
}

输出:

Segment ID 1540195
Attached at 0x7fd825a25000
Hello there!
child pid - 27291
Child exited, status - 0
NEW DATA Stored by Child Process
作者: Jinku Hu
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DelftStack.com 创始人。Jinku 在机器人和汽车行业工作了8多年。他在自动测试、远程测试及从耐久性测试中创建报告时磨练了自己的编程技能。他拥有电气/电子工程背景,但他也扩展了自己的兴趣到嵌入式电子、嵌入式编程以及前端和后端编程。

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