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基于System V的共享内存函数使用指南

article 2025/3/18 11:44:54

一、共享内存的核心价值

共享内存是进程间通信（IPC）中效率最高的方式，它通过直接读写物理内存实现数据共享，避免了内核与用户空间的多次数据拷贝。但因其无内置同步机制，需结合信号量或互斥锁保证数据一致性

二、核心函数解析与使用示例

以下以System V共享内存函数为例，结合调试函数 ShmDebug 说明完整开发流程。

1. 创建共享内存：`shmget()`

功能：生成或获取共享内存标识符。
参数：
- key：唯一标识符，建议用 ftok() 生成
- size：内存大小（需按页对齐，通常为4KB的整数倍）
- flag：权限标志（如 IPC_CREAT | 0666）

示例：

key_t key = ftok("/tmp/app.conf", 'A');  
int shmid = shmget(key, 4096, IPC_CREAT | 0666);  
if (shmid == -1) {  
    perror("shmget error");  
    exit(1);  
}

注意：ftok()的路径需稳定（如配置文件），避免因文件重建导致key变化

2. 映射内存：`shmat()`

功能：将共享内存附加到进程地址空间。
参数：
- shmid：shmget返回的标识符。
- shmaddr：映射地址（通常设为NULL由系统分配）

示例：

char *shm_addr = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);  
if (shm_addr == (char *)-1) {  
    perror("shmat error");  
    exit(1);  
}

3. 数据读写

直接操作映射后的指针即可：

// 写入数据  
strcpy(shm_addr, "Hello from Process A!");  

// 读取数据  
printf("Received: %s\n", shm_addr);

4. 分离内存：`shmdt()`

作用：解除进程与共享内存的映射关系（不删除内存段）

if (shmdt(shm_addr) == -1) {  
    perror("shmdt error");  
}

5. 控制与删除：`shmctl()`

功能：删除共享内存或获取状态信息。

示例（删除）：

shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);  // 永久删除

三、调试与状态监控（结合用户函数）

通过 shmctl + shmid_ds 结构体可获取共享内存的运行时状态，例如：

void ShmDebug(int shmid) {  
    struct shmid_ds shmds;  
    if (shmctl(shmid, IPC_STAT, &shmds) == -1) {  
        std::cerr << "shmctl error: " << strerror(errno) << std::endl;  
        return;  
    }  
    std::cout << "内存大小: " << shmds.shm_segsz << " 字节" << std::endl;  
    std::cout << "附加进程数: " << shmds.shm_nattch << std::endl;  
    std::cout << "创建时间: " << ctime(&shmds.shm_ctime);  
}

关键字段：
- shm_segsz：内存段大小
- shm_nattch：当前附加的进程数，用于检测内存泄漏

四、实战案例：生产者-消费者模型

生产者代码（写入数据）：

// 创建共享内存  
key_t key = ftok(".", 'S');  
int shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0666);  
char *data = shmat(shmid, NULL, 0);  

sprintf(data, "Data: %d", rand() % 100);  // 写入随机数据  
shmdt(data);

消费者代码（读取数据）：

int shmid = shmget(key, 1024, 0);  // 不创建，仅获取  
char *data = shmat(shmid, NULL, SHM_RDONLY);  // 只读模式  
printf("读取数据: %s\n", data);  
shmdt(data);  
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);  // 删除共享内存