Linux進程間通訊怎麼實現

共享記憶體

• 共享記憶體可以說是最有用的進程間通訊方式，也是最快的IPC形式，兩個不同的進程A、B共享記憶體的意思是：同一塊實體記憶體被映射到進程A、B各自的進程位址空間，進程A可以同時看到進程B對共享記憶體中資料的更新，反之亦然。

• 由於個多個行程共享同一塊記憶體區域，必然需要某種同步機制、互斥鎖和信號量都可以。

好處： 效率高，進程可以直接讀寫內存，而不需要複製任何數據，而管道、訊息隊列等通信方式，則需要在內核和用戶空間進行四次資料複製。

並且只有在解除映射時，共享記憶體的內容才會寫會文紀念

共享記憶體通過內核對象，使得不同的進程在自己的虛擬地址空間上分配一塊空間映射到相同的實體記憶體空間上，這塊實體記憶體空間對於映射到上面的每個進程而言都是可以存取的。 (臨界資源)

共享記憶體就是允許兩個不相關的進程存取同一個邏輯記憶體。

共享記憶體是在兩個正在運行的進程之間共享和傳遞資料的一種非常有效的方式。

不同行程之間共享的記憶體通常安排為同一段實體記憶體。

進程可以將同一段共享記憶體連接到它們自己的位址空間中，所有進程都可以存取共享記憶體中的位址，就好像它們是由用C語言函數malloc()分配的記憶體一樣。

而如果某個進程向共享記憶體寫入數據，所做的改變將立即影響到可以 存取同一段共享記憶體的任何其他進程。

mmap()及其相關的系統呼叫

mmap是linux作業系統提供給使用者空間呼叫的記憶體映射函數，很多人只知道可以透過mmap完成進程間的記憶體共享和減少用戶態到內核態的資料拷貝次數，但是並沒有深入理解mmap在作業系統內部是如何實現的，原理是什麼

##使用mmap()系統調用，進程們可以透過映射同一個普通檔案來實現記憶體共享。普通檔案被映射到進程位址空間後，進程可以存取普通記憶體一樣對檔案進行訪問，不必再調用read和write操作。

注意： mmap並不是完全為了IPC而設計的，只是IPC的一種應用方式，它本身提供了一種像訪問普通內存一樣的訪問對普通文件進行操作的方式。

是透過使用具有特殊權限集的虛擬記憶體段來實現。當這種虛擬記憶體段進行讀寫時，作業系統會去讀寫與之對應的磁碟檔案部分。

mmap 函數建立一個指向一段記憶體區域的指針，該記憶體區域與可以透過一個開啟的檔案描述符存取的檔案的內容相關聯

解釋如下：

mmap()

#include <sys/mman.h>

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

可以透過傳遞offset 參數來改變經由共享記憶體段所存取的檔案中資料的起始偏移值。

開啟的檔案描述子由 fd 參數給出。

可以存取的資料量(即記憶體段的長度)由 length 參數設定。

可以透過 addr 參數來請求使用某個特定的記憶體位址。如果它的值為零，結果指標就會自動分配。若不遵循此做法，則會降低程式的可移植性，因為可用位址範圍在不同系統上是不同的。

prot 參數用於設定記憶體段的存取權限。它是下列常數值的位元或的結果

• PROT_READ 記憶體段可讀。

• PROT_WRITE 記憶體段可寫入。

• PROT_EXEC 記憶體段可執行。

• PROT_NONE 記憶體段不能被存取。

flags 參數控製程式對此記憶體段的改變所造成的影響：

mmap()用於共享記憶體的量和兩種方式如下：

使用普通文件提供的記憶體映射，適用於任何進程間，使用該方式需要先開啟或建立一個文件，再呼叫ngmmap，典型呼叫程式碼如下：

fd = open(name.falg.mode);
if(fd < 0)
ptr = mmap(NULL,len.PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);

使用特殊文件提供的内存映射，适用于具有亲缘关系的进程之间，由于父子进程特殊的亲缘关系，在父进程中先调用mmap，调用fork，那么在代用fork之后，子进程可以继承父进程匿名映射后的地址空间，同样也继承mmap返回的地址，这样父子进程就可以通过映射区域进行通信了。（注意：一般来说，子进程单独维护从父进程继承而来的一些变量，而mmap（）返回的地址由父子进程共同维护）【具体使用实现敬请期待博主整理】

munmap()

用于解除内存映射，取消参数start所指的映射内存的起始地址，参数length则是欲取消的内存大小，当进程结束或者利用exec相关函数来执行其他程序时，映射内存会自动解除，但关闭对应的文件描述符时不会解除映射。

#include <sys/mman.h>

int munmap(void *addr, size_t length);

共享内存的使用

与信号量一样，在Linux中也提供了一组函数接口用于使用共享内存，而且使用共享共存的接口还与信号量的非常相似，而且比使用信号量的接口来得简单。它们声明在头文件 sys/shm.h 中。 

1.获取或创建内核对象，并且制定共享内存的大小（系统分配物理空间是，按照页进行分配）

int shmget(key_t key, int size, int flag);

只是创建内核对象，并申请物理空间

• key_t key：与信号量的semget函数一样，程序需要提供一个参数key（非0整数），它有效地为共享内存段命名，不同的进程通过相同的key值来访问同一块共享内存

• int size：size以字节为单位指定需要共享的内存容量

• int flag：falg是权限标志，它的作用与open函数的mode参数一样，如果要想在key标识的共享内存不存在时，创建它的话，可以与IPC_CREAT做或操作。共享内存的权限标志与文件的读写权限一样，举例来说，0644,它表示允许一个进程创建的共享内存被内存创建者所拥有的进程向共享内存读取和写入数据，同时其他用户创建的进程只能读取共享内存。

返回值

• 调用成功后，shmget()函数会返回一个非负整数，用作后续共享内存函数的共享内存标识符，该标识符与key相关。

• 调用失败返回-1.

2.分配自己虚拟地址空间映射到共享内存的物理空间上

void *shmat(int shmid,const void *addr, int flag);

• shmid：shmid是由shmget()函数返回的共享内存标识。

• void *addr：addr指定共享内存连接到当前进程中的地址位置，通常为NULL，表示让系统来选择共享内存的地址。

• int flag：flag是一组标志位，通常为0。

调用成功时返回一个指向共享内存第一个字节的指针，如果调用失败返回-1.

3.断开当前进程与共享内存的映射

不使用删除而使用断开的原因是因为：也许还存在其他的进程会继续使用这块共享内存

int shmdt(const void *addr);

4.操作共享内存的方法

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

• int shmid:shmid是shmget()函数返回的共享内存标识符。

• int cmd:command是要采取的操作，它可以取下面的三个值 ：

IPC_STAT：把shmid_ds结构中的数据设置为共享内存的当前关联值，即用共享内存的当前关联值覆盖shmid_ds的值。

IPC_SET：如果进程有足够的权限，就把共享内存的当前关联值设置为shmid_ds结构中给出的值

IPC_RMID：删除共享内存段

• struct shmid_t *buf:buf是一个结构指针，它指向共享内存模式和访问权限的结构

因为有连接计数器，除非最后一个进程与该共享段断开连接，则删除该共享段。否则，并不会真正删除该共享段，但是共享内存的内核对象会被立即删除，不能使用shmat方法与该段连接。 

一个进程调用该方法删除后，不会影响之前已经和该共享存储段连接的进程

下面我们利用共享内存来进行一个简单的测试：

完成下面的过程，

成功在共享内存中读到了数据

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>

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

#include"sem.h"

#define READSEM 1
#define WRITESEM 0

int main()
{
	int shmid = shmget((key_t)1234,128,0664 | IPC_CREAT);
	assert(shmid != -1);

	char *ptr = (char*)shmat(shmid,NULL,0);
	assert(ptr != (char*)-1);
	
	int initVal[] = {1,0};
	int semid = SemGet(1234,intVal,2);
	assert(semid != -1);
	
	//A进程写
	while(1)
	{
		SemP(semid,WRITESEM);
		printf("Input:");
		
		fgets(ptr,127,stdin);
		
		SemV(semid,READSEM);
		
		if(strncmp(ptr,"end",3) == 0)
		{
			break;
		}
	}
	
	shmdt(ptr);
	exit(0);
}

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>

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

#include"sem.h"

#define READSEM 1
#define WRITESEM 0

int main()
{
	int shmid = shmget((key_t)1234,128,0664 | IPC_CREAT);
	assert(shmid != -1);

	char *ptr = (char*)shmat(shmid,NULL,0);
	assert(ptr != (char*)-1);
	
	int initVal[] = {1,0};
	int semid = SemGet(1234,intVal,2);
	assert(semid != -1);
	
	//B进程读
	while(1)
	{
		SemP(semid,READSEM);
		
		if(strncmp(ptr,"end",3) == 0)
		{
			break;
		}
		
		int i = 0;
		for(;i < strlen(ptr) - 1;i++)
		{
			printf("%c",toupper(ptr[i]));
			fflush(stdout);
			sleep(1);
		}
		printf("\n");
		SemV(semid,WRITESEM);
	}
	
	shmdt(ptr);
	exit(0);
}

从上面的代码中我们可以看出： 

共享内存是最快的IPC，在通信过程中少了两次数据的拷贝。（相较于管道）

命令管理共享内存

• 查看 ipcs -m

• 删除 ipcrm -m shmid

以上是Linux進程間通訊怎麼實現的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！