一、簡介

共享記憶體允許兩個程序訪問同一塊記憶體區域，它們使用同一個 key 值標記。

二、特點

優點：

通訊方便，兩個程序也是直接訪問同一塊記憶體區域，減少了資料複製的操作，速度上也有明顯優勢。

缺點：

沒有提供同步機制，往往需要我們使用其它（例如訊號）等手段實現程序的同步工作。

三、API 說明

1. 標頭檔案

#include <sys/shm.h>

2. 建立記憶體共享區

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

• key ： 一個非零整數，兩個程序需保持一致，即兩個程序之間通訊的鑰匙
• size ： 申請的共享區的大小，單位是位元組。需要是記憶體頁大小的整數倍
• shmflg ： 同 open 函式的 mode 引數，設定檔案訪問許可權，這裡額外多出一個 IPC_CREAT 和 IPC_EXCL，可與 mode 進行或操作。IPC_CREAT 表示共享區不存在則建立，IPC_EXCL 和 IPC_CREAT 共同使用，表示共享區已存在則返回錯誤。如 0644 | IPC_CREAT
• 返回值 ： 返回共享區域的 id 值，用於唯一識別該區域

3. 對映記憶體共享區

void *shmat(int shmid, const void *shmaddr,
 
 int shmflg);

at 是 attach 的意思。建立記憶體共享後，還不能被任何程序使用，需要使用該函式啟動對共享記憶體的訪問。

• shmid ： 建立時候返回的 id 值
• shmaddr ： 將共享記憶體對映到指定地址，可以為 NULL，此時系統將自動分配地址
• shmflg ： 同 shmget 函式中的引數，通常為 0
• 返回值 ： 成功執行後，返回該地址的起始地址，失敗返回 -1

4. 撤銷對映

int shmdt(const void *shmaddr);

dt 是 detach 的意思。用於將共享記憶體從該程序中分離，但並不會刪除共享記憶體。

• shmaddr ： shmat 函式返回的地址
• 返回值 ： 成功返回 0，失敗返回 -1，errno 將被設定為相應的值

5. 刪除記憶體共享區

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

ctl 是 control 的意思。該函式用於查詢、更新、刪除共享區域。共享記憶體不使用後必須刪除，以便回收記憶體。

• shmid ： 建立時候返回的 id 值
• cmd ： 控制命令。
  • IPC_STAT 狀態查詢
  • IPC_SET 在許可權允許下，將共享記憶體狀態更新為 buf 中的資料
  • IPC_RMID 刪除共享記憶體
• 返回值 ： 成功返回 0，失敗返回 -1，errno 將被設定為相應的值

四、示例

1. 寫端

#include <sys/shm.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
 
int main() {
    void *shmaddr = NULL;
    const char data[] = "Hello World\n";
    int shmid;
    key_t key = (key_t) 666;
    long page_size = sysconf(_SC_PAGESIZE);
    int data_size =  (strlen(data) + page_size - 1) & (~(page_size - 1));
    printf("data size: %d, page size: %ld\n", data_size, page_size);
 
    // 1. create shared memory
    shmid = shmget(key, data_size, 0644 | IPC_CREAT);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget failed\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
 
    // 2. attach shared memory
    shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);
    if (shmaddr == (void *)-1) {
        perror("shmat failed\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
 
    // 3. write data to shared memory
    memset(shmaddr, 0, data_size);
    memcpy(shmaddr, &data, strlen(data));
 
    // 4. detach shared memory
    if (shmdt(shmaddr) == -1) {
        perror("shmdt failed\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
 
    printf("write done !\n");
    return 0;
}

2. 讀端

#include <sys/shm.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
 
int main() {
    void *shmaddr = NULL;
    const char data[] = "Hello World\n";
    int shmid;
    key_t key = (key_t) 666;
    long page_size = sysconf(_SC_PAGESIZE);
    int data_size =  (strlen(data) + page_size - 1) & (~(page_size - 1));
    printf("data size: %d, page size: %ld\n", data_size, page_size);
 
    // 1. create shared memory
    shmid = shmget(key, data_size, 0644 | IPC_CREAT);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget failed\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
 
    // 2. attach shared memory
    shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);
    if (shmaddr == (void *)-1) {
        perror("shmat failed\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
 
    // 3. read data to shared memory
    printf("read form shead memory: %s\n", (char *)shmaddr);
 
    // 4. detach shared memory
    if (shmdt(shmaddr) == -1) {
        perror("shmdt failed\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
 
    // 5. delete shared memory
    if (shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) == -1) {
        perror("shmctl delete shared memory failed\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
 
    return 0;
}

3. 執行結果

第一次執行寫程序，往 shared memory 中寫入了 “Hello World”，再執行讀程序，讀出並列印 shared memory 中的內容，並刪除掉共享記憶體。