Linux进程通信之System V 共享内存详解

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

key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

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

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

int shmdt(const void *shmaddr);

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

struct shmid_ds {
    struct ipc_perm shm_perm;  // 权限结构体（含所有者、权限位等）
    size_t shm_segsz;          // 共享内存大小（字节）
    pid_t shm_lpid;            // 最后操作的进程ID
    pid_t shm_cpid;            // 创建进程ID
    shmatt_t shm_nattch;       // 当前映射的进程数
    time_t shm_atime;          // 最后映射时间
    time_t shm_dtime;          // 最后解除映射时间
};

#include <stdio.h>      // 提供printf、perror等输入输出函数
#include <stdlib.h>     // 提供exit()退出函数（进程出错时终止）
#include <string.h>     // 提供strncpy字符串拷贝函数
#include <sys/ipc.h>    // 提供ftok()函数（生成IPC键值）
#include <sys/shm.h>    // 提供shmget/shmat/shmdt/shmctl等共享内存核心函数
#include <unistd.h>     // 提供getchar()（等待用户输入）、系统调用基础功能

// 2. 宏定义：把固定值抽出来，方便修改和理解
#define PATHNAME "/tmp/shm_test"  // ftok需要的文件路径（必须存在！小白要先touch这个文件）
#define PROJ_ID 100               // 项目ID（仅低8位有效，随便设1-255之间的数即可）
#define SHM_SIZE 4096             // 共享内存大小（字节），4096是系统页大小（对齐要求，不能随便设小）

int main() {
    // -------------------------- 步骤1：生成唯一的IPC键值 --------------------------
    // key_t是专门存IPC键值的类型（本质是整数）
    // ftok作用：把"文件路径+项目ID"转换成唯一整数，让读写进程能找到同一个共享内存
    key_t key = ftok(PATHNAME, PROJ_ID);
    // 检查ftok是否失败（返回-1就是失败）
    if (key == -1) {
        // perror：自动打印"xxx failed: 具体错误原因"（比如文件不存在会提示No such file）
        perror("ftok failed");
        exit(1);  // 1表示异常退出（0是正常退出），终止进程
    }

    // -------------------------- 步骤2：创建共享内存段 --------------------------
    // shmget作用：向内核申请一块共享内存，返回"共享内存ID（shmid）"（类似文件句柄）
    // 参数1：ftok生成的键值（标识共享内存）
    // 参数2：共享内存大小（必须是系统页大小的整数倍，4096是最常用的）
    // 参数3：标志位组合（IPC_CREAT=创建新的 | IPC_EXCL=如果已存在则报错 | 0664=权限，和文件权限一样）
    int shmid = shmget(key, SHM_SIZE, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0664);
    // 检查shmget是否失败（比如内存不足、键值已存在）
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget failed");
        exit(1);
    }
    // 打印shmid，方便调试（比如用ipcs -m命令查看时能对应上）
    printf("共享内存ID（shmid）：%d\n", shmid);

    // -------------------------- 步骤3：把共享内存映射到进程地址空间 --------------------------
    // shmat作用：把内核里的共享内存，"挂到"当前进程的内存地址上，进程才能直接读写
    // 参数1：shmget返回的共享内存ID
    // 参数2：指定映射的地址（设NULL让系统自动分配，小白千万别改）
    // 参数3：映射权限（0=读写，SHM_RDONLY=只读）
    // 返回值：映射后的内存地址（进程直接操作这个地址就等于操作共享内存）
    char *shm_addr = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
    // 检查映射是否失败（返回(void*)-1就是失败，注意强制类型转换）
    if (shm_addr == (void *)-1) {
        perror("shmat failed");
        exit(1);
    }

    // -------------------------- 步骤4：向共享内存写入数据 --------------------------
    // 要写入的字符串（小白注意：C语言字符串末尾有个隐藏的'\0'，表示结束）
    const char *msg = "Hello, Shared Memory!";
    // strncpy：把msg拷贝到共享内存地址shm_addr
    // 第三个参数：strlen(msg)+1 是为了把末尾的'\0'也拷贝过去（否则读的时候会乱码）
    strncpy(shm_addr, msg, strlen(msg) + 1);
    // 打印写入的内容，确认写成功
    printf("已向共享内存写入：%s\n", shm_addr);

    // -------------------------- 等待读进程读取数据 --------------------------
    // 暂停进程，等用户按回车再继续（给读进程留时间读取，否则写进程直接删了共享内存，读进程就读不到了）
    printf("请按回车键继续（此时可以启动读进程读取数据）...\n");
    getchar();  // 阻塞等待用户输入回车

    // -------------------------- 步骤5：解除共享内存映射 --------------------------
    // shmdt作用：把共享内存和当前进程"解绑"（进程不再能访问这个地址，但共享内存还在内核里）
    // 参数：shmat返回的映射地址
    if (shmdt(shm_addr) == -1) {
        perror("shmdt failed");
        exit(1);
    }

    // -------------------------- 步骤6：删除共享内存（释放内核资源） --------------------------
    // shmctl作用：控制共享内存（这里用IPC_RMID命令删除）
    // 参数1：共享内存ID
    // 参数2：操作命令（IPC_RMID=删除共享内存）
    // 参数3：共享内存的状态结构体（删除时设NULL即可）
    if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
        perror("shmctl failed");
        exit(1);
    }

    // 正常退出进程（0表示无错误）
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <unistd.h>

#define PATHNAME "/tmp/shm_test"
#define PROJ_ID 100
#define SHM_SIZE 4096

int main() {
    // 1. 生成相同键值
    key_t key = ftok(PATHNAME, PROJ_ID);
    if (key == -1) {
        perror("ftok failed");
        exit(1);
    }

    // 2. 获取已存在的共享内存（size设0，仅获取）
    int shmid = shmget(key, 0, 0);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget failed");
        exit(1);
    }
    printf("shmid: %d\n", shmid);

    // 3. 映射（只读权限）
    char *shm_addr = (char *)shmat(shmid, NULL, SHM_RDONLY);
    if (shm_addr == (void *)-1) {
        perror("shmat failed");
        exit(1);
    }

    // 4. 读取数据
    printf("Read from shm: %s\n", shm_addr);

    // 5. 解除映射
    if (shmdt(shm_addr) == -1) {
        perror("shmdt failed");
        exit(1);
    }

    return 0;
}

# 先创建标识文件
touch /tmp/shm_test

# 编译
gcc shm_write.c -o shm_write
gcc shm_read.c -o shm_read

# 先运行写进程
./shm_write
# 再新开终端运行读进程
./shm_read

struct shmid_ds {
    struct ipc_perm shm_perm;  // 权限信息（UID/GID、访问权限）
    size_t          shm_segsz; // 共享内存段大小（字节，按页对齐）
    pid_t           shm_lpid;  // 最后操作的进程ID
    pid_t           shm_cpid;  // 创建进程ID
    shmatt_t        shm_nattch;// 当前映射该段的进程数
    time_t          shm_atime; // 最后映射时间
    time_t          shm_dtime; // 最后解除映射时间
    time_t          shm_ctime; // 最后修改时间
};