linux 多进程共享内存实例

在Linux系统中，多进程共享内存是一种高效的进程间通信（IPC）机制，它允许多个进程访问同一块物理内存区域。共享内存是进程间通信中最快的方法之一，因为它避免了数据的复制过程。

基础概念

共享内存：是指两个或多个进程共享同一块内存区域，这样它们可以像访问自己私有内存一样访问共享内存。

信号量：通常与共享内存一起使用，用于同步对共享内存的访问，防止数据竞争和不一致。

类型

Linux下常见的共享内存机制包括：

System V共享内存：通过shmget, shmat, shmdt, shmctl等系统调用实现。
POSIX共享内存：基于POSIX标准的shm_open, mmap, munmap等函数实现。

应用场景

大数据处理：多个进程需要同时访问和处理大量数据。
图形处理：如OpenGL中的纹理共享。
数据库系统：服务器进程与客户端进程之间的数据交换。

实例

以下是一个使用System V共享内存的简单示例：

创建共享内存

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    key_t key = ftok("/tmp/shmfile", 65); // 生成一个唯一的key
    int shmid = shmget(key, 1024, 0666|IPC_CREAT); // 创建共享内存段
    char *str = (char*) shmat(shmid, (void*)0, 0); // 将共享内存连接到当前进程的地址空间

    printf("Write Data: ");
    fgets(str, 1024, stdin); // 写入数据到共享内存

    shmdt(str); // 分离共享内存段
    return 0;
}

读取共享内存

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    key_t key = ftok("/tmp/shmfile", 65);
    int shmid = shmget(key, 1024, 0666|IPC_CREAT);
    char *str = (char*) shmat(shmid, (void*)0, 0);

    printf("Data read from memory: %s\n", str); // 从共享内存读取数据

    shmdt(str);
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL); // 删除共享内存段
    return 0;
}

遇到的问题及解决方法

问题：多个进程同时写入共享内存可能导致数据不一致。

解决方法：使用信号量或其他同步机制来控制对共享内存的访问顺序。

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
#include <stdio.h>

union semun {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
};

int main() {
    key_t key = ftok("/tmp/shmfile", 65);
    int shmid = shmget(key, 1024, 0666|IPC_CREAT);
    char *str = (char*) shmat(shmid, (void*)0, 0);

    key_t semkey = ftok("/tmp/shmfile", 66);
    int semid = semget(semkey, 1, 0666|IPC_CREAT);
    union semun arg;
    arg.val = 1;
    semctl(semid, 0, SETVAL, arg);

    struct sembuf sb = {0, -1, SEM_UNDO}; // 请求资源
    semop(semid, &sb, 1);

    printf("Write Data: ");
    fgets(str, 1024, stdin);

    sb.sem_op = 1; // 释放资源
    semop(semid, &sb, 1);

    shmdt(str);
    return 0;
}

在这个示例中，我们使用了信号量来确保在任何时刻只有一个进程可以写入共享内存。