這次我們來講一下Linux進程通信中重要的通信方式：共享內存作為Linux軟件開發攻城獅，進程間通信是必須熟練掌握的重要技能，而共享內存是在程序開發中常用的也是重要的一種進程間通信方式。

下面我們就來聊一聊Linux下進程間如何實現共享內存通信，有哪些方式？

1、基本概念

UNIX 和 Linux

UNIX和Linux是兩種不同的操作系統，它們的主要區別在以下幾個方面：

• 歷史：UNIX是最早的商業化操作系統之一，最初由貝爾實驗室開發，而Linux則是由Linus Torvalds于1991年開發的開源操作系統。
• 源代碼：UNIX的源代碼是私有的，需要購買授權才能使用和修改，而Linux是開源的，任何人都可以自由地訪問、使用和修改其源代碼。
• 可移植性：由于UNIX的代碼是私有的，因此它們在不同的硬件平臺之間的可移植性較差。 而Linux的源代碼是開放的，因此它可以在多種硬件平臺上運行。
• 發行版：UNIX有多個商業和非商業版本，如Solaris、AIX、HP-UX等，每個版本都有自己的特點和功能。 而Linux則有許多不同的發行版，如Ubuntu、Debian、Red Hat、Fedora等。
• 命令行工具：UNIX和Linux有許多相同的命令行工具和命令，如ls、grep、awk等，但也有一些不同之處。

總的來說，UNIX和Linux都是基于UNIX哲學的操作系統，但它們在源代碼、可移植性、發行版和命令行工具等方面有所不同。

System V 和 POSIX

System V和POSIX是兩種不同的操作系統標準，它們的區別在以下幾個方面：

• 歷史背景：System V最初是由AT&T開發的UNIX版本，而POSIX是IEEE為了保證不同UNIX系統的兼容性而開發的標準。
• 體系結構：System V是一種具體的操作系統，而POSIX則是一種操作系統接口標準。 因此，System V具有更多的操作系統特定功能，而POSIX的接口更為通用，適用于多種不同類型的UNIX系統。
• 文件系統：System V和POSIX的文件系統不同。 System V使用名為“inode”的數據結構來描述文件和目錄，而POSIX則使用名為“文件描述符”的整數來表示打開的文件。
• Shell：System V和POSIX的Shell也不同。 System V的Shell是Bourne Shell，而POSIX的Shell是Bourne-Again Shell（bash）。
• 網絡支持：System V和POSIX的網絡支持也不同。 System V使用TCP/IP協議棧，而POSIX使用套接字（socket）接口。

2、System V IPC 和 POSIX IPC

System V IPC（Interprocess Communication）和POSIX IPC都是用于在不同進程間進行通信的機制，但它們之間有幾個區別：

• 編程接口：System V IPC和POSIX IPC的編程接口不同。 System V IPC使用IPC對象（如信號量、共享內存和消息隊列）來實現進程間通信，而POSIX IPC使用命名對象（如命名信號量、命名共享內存和命名管道）。
• 可移植性：POSIX IPC是由IEEE POSIX標準定義的，因此POSIX IPC是可移植的，可在不同的操作系統上使用。 而System V IPC是由System V操作系統提供的，因此不同的操作系統可能實現不同，因此在跨平臺時可能會有問題。
• 接口和實現：System V IPC的接口和實現是緊密耦合的，而POSIX IPC的接口和實現是松散耦合的。 這意味著在POSIX IPC中，接口和實現是獨立的，因此可以在實現中進行更改，而不影響接口，這使得在不同的系統上實現相同的接口變得更容易。
• 特性：System V IPC提供的特性比POSIX IPC多，例如，System V IPC提供了消息隊列，而POSIX IPC則沒有。 另一方面，POSIX IPC提供了諸如命名管道之類的特性，而System V IPC則沒有。

綜上所述，System V IPC和POSIX IPC都有其優點和缺點。 在選擇使用哪種IPC機制時，需要根據具體應用場景和需求進行權衡。

3、共享內存實現方式

在Linux下，共享內存可以使用System V IPC機制或POSIX IPC機制實現。

• 使用System V IPC機制：

使用shmget()函數創建共享內存區域并獲取其標識符。 使用shmat()函數將共享內存區域附加到進程地址空間中。 使用shmdt()函數將共享內存區域從進程地址空間中分離。 使用shmctl()函數控制共享內存區域的屬性和狀態。

• 使用POSIX IPC機制：

使用shm_open()函數創建共享內存區域并獲取其文件描述符。 使用ftruncate()函數調整共享內存區域的大小。 使用mmap()函數將共享內存區域映射到進程地址空間中。 使用munmap()函數解除共享內存區域與進程地址空間的映射關系。 使用shm_unlink()函數刪除共享內存區域的文件名并釋放資源。

System V IPC機制實現共享內存

以下是一個使用System V IPC機制實現共享內存的簡單例程，它展示了如何創建、附加和分離共享內存區域。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define SHM_SIZE 1024 // 共享內存大小

int main() {
    int shmid;
    char *shmaddr;
    char s8ReadBuf[1024] = {0};
    key_t key = ftok(".", 's'); // 獲取共享內存標識符

    if (key == -1) {
        perror("ftok");
        exit(1);
    }

    // 創建共享內存區域
    shmid = shmget(key, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0666);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget");
        exit(1);
    }

    // 將共享內存區域附加到進程地址空間中
    shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);
    if (shmaddr == (char *) -1) {
        perror("shmat");
        exit(1);
    }

#if 1
    // 在共享內存中寫入數據
    strncpy(shmaddr, "Hello, world!", SHM_SIZE);
#else
    // 讀數據
    // memcpy(s8ReadBuf, shmaddr, 1024);
    // printf("s8ReadBuf:%s\\n", s8ReadBuf);
#endif

    // 分離共享內存區域
    if (shmdt(shmaddr) == -1) {
        perror("shmdt");
        exit(1);
    }

    return 0;
}

在上面的例程中，我們首先使用ftok()函數生成一個key值作為共享內存的標識符。 然后使用shmget()函數創建共享內存區域，shmaddr指向共享內存區域的起始地址。 最后使用shmdt()函數分離共享內存區域。

POSIX IPC機制實現共享內存

以下是一個使用POSIX IPC機制實現共享內存的簡單例程，它展示了如何創建、映射和解除映射共享內存區域。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define SHM_SIZE 1024 // 共享內存大小
#define SHM_NAME "/myshm" // 共享內存名稱

int main() {
    int fd;
    char *shmaddr;
    char s8ReadBuf[1024] = {0};
    const char *msg = "Hello, world!";

    // 創建共享內存區域
    fd = shm_open(SHM_NAME, O_CREAT | O_RDWR, 0666);
    if (fd == -1) {
        perror("shm_open");
        exit(1);
    }

    // 調整共享內存區域的大小
    if (ftruncate(fd, SHM_SIZE) == -1) {
        perror("ftruncate");
        exit(1);
    }

    // 映射共享內存區域到進程地址空間中
    shmaddr = mmap(NULL, SHM_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (shmaddr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(1);
    }

#if 1
    // 在共享內存中寫入數據
    strncpy(shmaddr, msg, SHM_SIZE);
#else
    // 讀數據
    // memcpy(s8ReadBuf, shmaddr, 1024);
    // printf("s8ReadBuf:%s\\n", s8ReadBuf);
#endif
    // 解除共享內存區域與進程地址空間的映射關系
    if (munmap(shmaddr, SHM_SIZE) == -1) {
        perror("munmap");
        exit(1);
    }

    // 刪除共享內存區域的文件名并釋放資源
    if (shm_unlink(SHM_NAME) == -1) {
        perror("shm_unlink");
        exit(1);
    }

    return 0;
}

在上面的例程中，我們使用shm_open()函數創建一個共享內存區域，然后使用ftruncate()函數調整共享內存區域的大小。 接著，我們使用mmap()函數將共享內存區域映射到進程地址空間中，并使用strncpy()函數在共享內存中寫入數據。 最后，我們使用munmap()函數解除共享內存區域與進程地址空間的映射關系，并使用shm_unlink()函數刪除共享內存區域的文件名并釋放資源。

小結

通過上面的示例希望對小伙伴們在共享內存通信編程中有所幫助，學會如何使用共享內存通信，并靈活運用于日常的編程中。 共享內存方式的通信必須熟練掌握與應用。