Linux 进程间通信：System V 共享内存实战指南

运行后，即使进程退出，共享内存依然存在于内核中。我们可以用 ipcs -m 命令查看当前系统的共享内存段。

ipcs -m

要删除共享内存，可以使用 ipcrm -m shmid 命令，或者在代码中使用 shmctl。

3. 控制共享内存 shmctl

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

• cmd: 操作类型，如 IPC_RMID（标记删除）、IPC_STAT（获取状态）。
• buf: 指向 shmid_ds 的指针，用于存储或修改信息。

当设置 IPC_RMID 时，共享内存会被标记为删除。只有当所有进程都断开连接后，内核才会真正释放资源。

// 示例：删除共享内存
if (shmctl(shmid, IPC_RMID, nullptr) == 0) {
    std::cout << "删除共享内存成功..." << std::endl;
}

4. 挂接共享内存 shmat

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

创建好共享内存后，必须将其'挂接'到当前进程的虚拟地址空间才能使用。

• shmaddr: 通常为 NULL，让系统自动选择地址。
• shmflg: 如 SHM_RDONLY（只读），一般设为 0。

常见坑点：如果在创建时未设置权限（如 0600），后续挂接可能会因权限不足而失败。返回值为 (void *)-1 表示错误。

void* ret = shmat(shmid, nullptr, 0);
if ((long long)ret == -1) {
    std::cout << "共享内存挂接失败..." << std::endl;
} else {
    std::cout << "共享内存挂接成功..." << std::endl;
}

5. 断开连接 shmdt

int shmdt(const void *shmaddr);

使用完毕后，应调用此函数断开连接，释放当前进程的地址空间映射。这不会立即删除共享内存，只是解除关联。

封装类与实例演示

为了简化使用，我们可以将上述逻辑封装成一个类。下面是一个基础的 ShareMem 类实现：

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdio>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <unistd.h>

const std::string gpath = "/home/tutu/ProcessCommunicate/sharemem";
int gprojId = 0x6666;
int gshmsize = 4096; // 按页对齐，通常是 4KB 倍数
mode_t gmode = 0600;

class ShareMem {
private:
    void CreateShmHelper(int flag) {
        _key = ftok(gpath.c_str(), gprojId);
        if (_key < 0) {
            std::cout << "创建共享内存时 ftok 出错..." << std::endl;
            return;
        }
        _shmid = shmget(_key, gshmsize, flag);
        if (_shmid < 0) {
            std::cout << "创建共享内存时 shmget 出错..." << std::endl;
            return;
        }
    }
public:
    ShareMem() : _shmid(-1), _key(0), _pshm(nullptr) {}

    // 创建共享内存
    void CreateShareMem() {
        if (_shmid < 0)
            CreateShmHelper(IPC_CREAT | IPC_EXCL | gmode);
    }

    // 获取已有的共享内存
    void GetShareMem() {
        if (_shmid < 0)
            CreateShmHelper(IPC_CREAT); // 不强制独占
    }

    // 挂接共享内存
    void AttachShareMem() {
        if (_shmid > 0)
            _pshm = shmat(_shmid, nullptr, 0);
    }

    // 断开连接
    void DetachShareMem() {
        if (_pshm)
            shmdt(_pshm);
    }

    // 删除共享内存
    void DeleteShareMem() {
        if (_shmid > 0)
            shmctl(_shmid, IPC_RMID, nullptr);
    }

    // 获取地址
    void* GetShareMemAddr() { return _pshm; }

private:
    int _shmid;
    key_t _key;
    void* _pshm;
};

写入数据

由于共享内存指针是 void*，我们需要根据实际数据类型进行转换。这里以字符数组为例：

int main() {
    ShareMem shm;
    shm.CreateShareMem();
    shm.AttachShareMem();

    char* str = (char*)shm.GetShareMemAddr();
    int n = 0;
    while (n <= 10) {
        str[n] = n + '0';
        n++;
        sleep(2);
    }

    shm.DetachShareMem();
    shm.DeleteShareMem();
    return 0;
}

读取数据

另一个进程只需获取共享内存并挂接即可读取：

int main() {
    ShareMem shm;
    shm.GetShareMem();
    shm.AttachShareMem();

    char* str = (char*)shm.GetShareMemAddr();
    int n = 10;
    while (n--) {
        printf("%s\n", str);
        sleep(2);
    }

    shm.DetachShareMem();
    return 0;
}

同时运行这两个程序，可以看到数据同步更新的效果。

共享内存特点

1. 通信速度最快：相比管道或消息队列，共享内存无需内核态与用户态的数据拷贝，仅需指针操作。
2. 无保护机制：共享内存本身不提供同步保护。如果多个进程同时写入，可能导致数据竞争。通常需要配合信号量（Semaphore）或互斥锁来实现同步。

结语

System V 共享内存是 Linux 下高性能 IPC 的首选方案之一。理解其生命周期（随内核存在直到显式删除）及权限控制至关重要。在实际开发中，建议结合信号量使用以确保线程安全。