【Linux】＜共享内存应用＞——模拟实现不同进程把hello字符对＜共享内存文件对象＞的放入和取出操作

前言

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一.共享内存相关<前置知识>与相关指令

1.共享内存

• 共享内存（Shared Memory）是一种允许多个进程访问同一块内存空间的机制。这种技术常用于进程间通信（IPC）和数据共享，因为它提供了一种高效的方式来传递大量数据，而无需通过内核进行数据的复制。

• 在共享内存模型中，两个或多个进程可以 映射同一块物理内存到它们各自的地址空间 中。这意味着，当一个进程向这块内存写入数据时，其他进程可以立即看到这些更改，因为它们实际上是在访问 相同的内存位置 。

2.共享内存文件所在目录

/dev/shm

3.查看共享内存文件属性

stat /my_shared_memory

4.查看共享文件内容

hd /my_shared_memory

5.以0覆盖共享文件

dd /my_shared_memory

二.共享内存相关函数

1.shm_open() 函数用于创建或打开一个命名的共享内存对象

• shm_open() 函数用于创建或打开一个命名的共享内存对象，并返回一个文件描述符，即 shm_fd。这个函数的原型如下：

int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);

name：共享内存对象的名称，这个名称必须以斜杠（/）开头，并且不能包含其他斜杠。例如，"/my_shared_memory" 是一个合法的名称。
oflag：打开标志，可以是 O_RDONLY（只读）、O_RDWR（读写）或 O_CREAT（如果对象不存在则创建它）等标志的组合。
mode：当 oflag 包含 O_CREAT 时，这个参数指定了新创建的共享内存对象的权限。 
     例如：0666:对象的目录权限。rw-rw-rw-====110 110 110

2.ftruncate() 函数设置共享内存大小

ftruncate(shm_fd, 4096); // 将共享内存大小设置为4KB

3.mmap()函数介绍

• mmap()函数将一个文件或者其它对象映射进内存，文件被映射到多个页上
• 通过mmap()映射后， 用户可以直接操作这段虚拟地址进行文件的读写等操作，而不必再调用read()、write()等系统调用

void* mmap(void* addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);



addr：映射区的开始地址。通常设置为NULL，让系统自动选择地址
length：映射区的长度
prot：期望的内存保护标志，不能与文件的打开模式冲突。可以是以下值的组合：
     PROT_EXEC：页内容可以被执行。
     PROT_READ：页内容可以被读取。
     PROT_WRITE：页可以被写入。
     PROT_NONE：页不可访问。
flags：指定映射对象的类型、映射选项和映射页是否可以共享。
fd：有效的文件描述词。如果MAP_ANONYMOUS被设定，为了兼容问题，其值应为-1。
offset：被映射对象内容的起点。

【1】利用mmap()函数向共享内存写入数据

• 使用 mmap() 函数将共享内存映射到进程的地址空间，然后通过指针操作来写入数据。例如：

int shm_fd;
char* ptr;

shm_fd = shm_open("/my_shared_memory", O_RDWR, 0666);//O_RDWR读写
ptr = mmap(NULL, 4096,  PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);//PROT_WRITE：页可以被写入

memcpy(ptr, "Hello, World!\0", 13);
//sprintf(ptr,"%s","Hello");

【2】利用mmap()函数从共享内存访问＆读取数据

• 使用 mmap() 函数将共享内存映射到进程的地址空间，然后通过指针操作来读取访问数据。例如：

int shm_fd;
char* ptr;

//使用printf访问数据
shm_fd = shm_open("/my_shared_memory", O_RDWR, 0666);//O_RDWR读写
ptr = mmap(NULL, 4096,  PROT_READ, MAP_SHARED, shm_fd, 0);//PROT_READ：页内容可以被读取
printf("%s\n",ptr);

// 使用read()函数读取数据
char *buf = (char *)malloc(64);
lseek(shm_fd, 0, SEEK_SET); // 将文件指针重新定位到文件开头
read(shm_fd, buf, 13);

4.close() 函数用于关闭文件描述符＆shm_unlink() 函数用于删除命名的共享内存对象

• 不再需要使用共享内存时，应该关闭 shm_fd 并释放相关资源。这可以通过调用 close() 函数和 shm_unlink() 函数来实现。
• close() 函数用于关闭文件描述符，而 shm_unlink() 函数用于删除命名的共享内存对象 （注意，这并不会立即释放共享内存，直到所有访问该共享内存的进程都退出后，它才会被真正释放）

close(shm_fd); // 关闭文件描述符
shm_unlink("/my_shared_memory"); // 删除命名的共享内存对象

三.模拟实现不同进程把hello字符对<共享内存文件对象>的放入和取出操作

进程0：共享内存对象创建＆初始化

include <sys/mman.h>
include <fcntl.h>
include <unistd.h>

void main(){

    int shm_fd;
    
    shm_fd = shm_open("/my_shared_memory", O_RDWR, 0666);//O_RDWR读写
    ftruncate(shm_fd, 4096); // 将共享内存大小设置为4KB
    
}

进程1：把hello字符往<共享内存文件对象>放入

include <sys/mman.h>
include <fcntl.h>
include <unistd.h>
void main(){

    int shm_fd;
    char* ptr;
    
    shm_fd = shm_open("/my_shared_memory", O_RDWR, 0666);//O_RDWR读写
    ptr = mmap(NULL, 4096,  PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);//PROT_WRITE：页可以被写入
 
    sprintf(ptr,"%s","Hello");

}

进程2：把hello字符从<共享内存文件对象>取出（模拟）

include <sys/mman.h>
include <fcntl.h>
include <unistd.h>
void main(){

    int shm_fd;
    char* ptr;

    //使用printf访问数据
    shm_fd = shm_open("/my_shared_memory", O_RDWR, 0666);//O_RDWR读写
    ptr = mmap(NULL, 4096,  PROT_READ, MAP_SHARED, shm_fd, 0);//PROT_READ：页内容可以被读取
    printf("%s\n",ptr);
    
}

进程3：删除进程0创建的共享文件/dev/shm/my_shared_memory

include <sys/mman.h>
include <fcntl.h>
include <unistd.h>
void main(){
    shm_unlink("/my_shared_memory"); // 删除命名的共享内存对象
}