1. Linux的两种共享内存机制，及选用

shmget 和 shm_open 是两种不同的共享内存机制，它们在使用方式和本质上有所不同。

1.1 System V 共享内存

shmget 是 POSIX 标准中定义的 System V 共享内存的接口函数。
System V 共享内存是一种传统的 UNIX 共享内存机制，使用 shmget 函数创建的共享内存对象被映射到进程的地址空间中，进程可以直接访问共享内存区域，而无需通过文件系统。
System V 共享内存需要使用键值来唯一标识共享内存对象，进程可以使用该键值来获取或创建共享内存对象。
System V 共享内存需要使用额外的信号量进行同步和互斥操作，以避免竞争条件和数据损坏。

1.2 映射文件共享内存

shm_open 是 POSIX 标准中定义的另一种共享内存机制，属于 POSIX 共享内存对象。
POSIX 共享内存是一种基于文件的共享内存机制，使用 shm_open 函数创建的共享内存对象实际上对应着文件系统中的一个特殊文件。
与 System V 共享内存不同，POSIX 共享内存可以直接通过文件系统访问和管理，进程可以像操作普通文件一样来操作共享内存对象。
POSIX 共享内存不需要使用键值来标识共享内存对象，而是使用文件路径来唯一标识共享内存对象，这样更加简洁和直观。
POSIX 共享内存不需要使用额外的信号量进行同步和互斥操作，而是通过操作系统提供的文件锁机制来实现并发访问的同步。

由于要考虑跨平台封装，windows上共享内存映射也是文件系统相关，所以选择映射文件的这个套机制

2. 查看共享内存分配情况

2.1 POSIX - System V

虽然我们选用了映射文件共享内存的方式，但是还是简单提一下system v共享内存机制查看已分配内存的方式

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huangbinbin@cs-bj:~$ ipcs -m

------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status
0x00000000 557056     chenyan    600        524288     2          dest
0x00000000 557057     chenyan    600        2097152    2          dest
0x00000000 491523     hanhaopeng 600        8388608    2          dest
0x00000000 1146884    huangbinbi 600        67108864   2          dest
...

2.2 POSIX - 映射文件共享内存

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[huangbinbin@dv-srv01 ~]$ ll /dev/shm/
total 10924
-rwx------ 1 renyanan  algr 65536 Mar 12 16:27 3289461crawl10r0
-rwx------ 1 renyanan  algr 65536 Mar 12 16:27 3289461crawl10s0
-rwx------ 1 renyanan  algr 65536 Mar 12 16:30 3289461crawl11r0
-rwx------ 1 renyanan  algr 65536 Mar 12 16:30 3289461crawl11s0
-rwx------ 1 renyanan  algr 65536 Mar 12 16:31 3289461crawl12r0
-rwx------ 1 renyanan  algr 65536 Mar 12 16:31 3289461crawl12s0
-rwx------ 1 renyanan  algr 65536 Mar 12 16:34 3289461crawl13r0
...

2.3 Windows

windows无法像linux那样列出所有系统中的共享内存文件，只能通用微软的运维工具process explorer查看section类型的句柄

3. 封装代码

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#include <iostream>

#ifdef _WIN32 // Windows

#include <windows.h>

class SharedMemory {
public:
    SharedMemory(const char* name, size_t size):size(size) {
        handle = CreateFileMapping(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, PAGE_READWRITE, 0, size, name);
        if (handle == NULL) {
            std::cerr << "Failed to create shared memory" << std::endl;
        }
    }

    ~SharedMemory() {
        CloseHandle(handle);
    }

    void* map() {
        return MapViewOfFile(handle, FILE_MAP_ALL_ACCESS, 0, 0, 0);
    }

    void unmap(void* addr) {
        UnmapViewOfFile(addr);
    }

private:
    HANDLE handle;
};

#else // Linux and macOS

#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

class SharedMemory {
public:
    SharedMemory(const char* name, size_t size):size(size) {
        fd = shm_open(name, O_CREAT | O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR);
        if (fd == -1) {
            std::cerr << "Failed to create shared memory" << std::endl;
        }
        ftruncate(fd, size);
    }

    ~SharedMemory() {
        close(fd);
        // Unlink shared memory object
        // shm_unlink(name); // Uncomment this if you want to remove shared memory object after use
    }

    void* map() {
        return mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    }

    void unmap(void* addr) {
        munmap(addr, size);
    }

private:
    int fd;
    size_t size;
};

#endif

使用示例，

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int main() {
    SharedMemory shm("MySharedMemory", 1024);
    void* addr = shm.map();
    if (addr == MAP_FAILED) {
        std::cerr << "Failed to map shared memory" << std::endl;
        return 1;
    }

    // do stuff

    shm.unmap(addr);

    return 0;
}

4. 注意事项

4.1 链接库

linux下需要链接rt库

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$ g++ -o main main.cpp -lrt

4.2 权限问题

linux上，执行sub_open的进程如果是root，那么要打开这个共享内存文件，也需要是以root启动的进程

否则 map返回的addr可能会是 MAP_FAILED ，注意，map失败不是返回nullptr，是MAP_FAILED 也就是 (void*)-1

参考

ChatGPT (openai.com)

Creating Named Shared Memory - Win32 apps | Microsoft Learn

>> Home

cpp跨平台共享内存进程通讯

2024/04/04

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