5.3 Linux 应用开发 进程(三)

一、共享内存（Shared Memory）

共享内存是最快的 IPC 方式，它将一段物理内存区域映射到不同进程的虚拟地址空间，让多个进程直接通过指针读写内存，无需数据拷贝。

1. 内存映射（mmap）

直接将文件或设备映射到进程虚拟内存中，实现进程间通信。

函数：

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

// 参数详解：
// addr：指定映射地址；通常填 NULL，由系统自动选择。
// length：映射字节数（必须 > 0），从 offset 开始计算。
// port（访问权限）：
//    PROT_READ：可读
//    PROT_WRITE：可写
//    PROT_EXEC：可执行
//    PROT_NONE：不可访问
// flags（标志位）：
//    MAP_SHARED：共享映射，数据会同步到文件，其他进程可见。
//    MAP_PRIVATE：私有映射，写时复制，修改不影响原文件。
//    MAP_ANONYMOUS：匿名映射，仅用于亲缘进程通信，不需要文件支持。
// fd：文件描述符；匿名映射填 -1。
// offset：文件偏移量，必须页对齐，通常为 0。
// 返回值：成功返回映射区地址；失败返回 MAP_FAILED。

解除映射：

int munmap(void *addr, size_t length); // 成功返回0，失败返回-1

2. 系统 V 共享内存（shm）

通过内核对象管理的共享内存段，支持非亲缘进程通信。

使用步骤：

• 步骤 1：生成 Key（ftok）：将文件路径和项目 ID 转换为 System V IPC Key。

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

// path：可访问的文件路径。
// proj_id：项目 ID（0~255）。
// 作用：生成唯一的 Key，用于关联共享内存段。

• 步骤 2：创建 / 打开共享内存（shmget）

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

// 参数：
//   key：由 ftok 生成，或 IPC_PRIVATE（仅用于亲缘进程）。
//   size：共享内存大小（字节），创建时指定，读取时填 0。
//   shmflag：权限标志
//      IPC_CREAT：创建，如果不存在。
//      IPC_EXCL：与IPC_CREAT连用，若已存在则报错。
//      权限掩码：如 0666。
//返回值：成功返回共享内存标识符（shmid）；失败返回 -1。

• 步骤 3：映射到用户空间（shmat）：将内核中的共享内存段映射到进程虚拟地址空间。

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

// 参数：
//   shmid：shmget 返回的标识符。
//   shmaddr：指定映射地址；填 NULL 由系统自动分配。
//   shmflag：权限
//      0：可读可写
//      SHM_RDONLY：只读
// 返回值：成功返回映射后的地址；失败返回 (void *)-1。

• 步骤 4：解除映射（shmdt）：断开进程与共享内存的关联（不会删除内核对象）。

int shmdt(void *shmaddr); // 成功返回0，失败返回-1

• 步骤 5：删除共享内存对象（shmctl）：从内核中删除共享内存段（当所有进程解除映射后才生效）。

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

// 参数：
//   shmid：共享内存标识符。
//   cmd：控制命令
//     IPC_RMID：标记删除共享内存段（最常用）。
//   buf：设置 / 获取信息；删除时填 NULL。
// 返回值：成功返回 0；失败返回 -1。

二、消息队列（Message Queue）

消息队列是内核维护的链式队列，通过 msqid_ds 结构体管理，包含 msg_first（指向第一个消息）和 msg_last（指向最后一个消息）。每个消息包含 4 个部分：next（链表指针）、type（消息类型）、length（长度）、data（数据）。

特性：消息被读取后会从队列中移除，支持按类型选择性读取，可用于非亲缘进程通信。

1. 核心函数详解：

(1) 打开 / 创建消息队列 msgget()：

int msgget(key_t key, int flag);

// 参数说明：
//   key：由 ftok() 生成的 IPC 键值，用于唯一标识消息队列
//   flag：权限标志，常用 IPC_CREAT | 0666（有则打开，无则创