Linux 共享記憶體 (shm) 程式設計完整範例：shmget/shmat/shmdt/shmctl 與信號量同步

System V 共享記憶體允許多進程映射同一實體記憶體區域，實現最高效 IPC。本文提供三個完整 C 範例：基本建立/刪除、掛載讀寫、信號量同步生產者/消費者模型。

核心 API 對照

範例 1：建立、查詢、刪除

#include <sys/ipc.h>, <sys/shm.h>, <stdio.h>
#define MY_SHM_ID 67483
int main() {
    int shmid = shmget(MY_SHM_ID, 4096, 0666 | IPC_CREAT);
    struct shmid_ds ds; shmctl(shmid, IPC_STAT, &ds);
    printf("Size=%ld, Attaches=%ld\n", ds.shm_segsz, ds.shm_nattch);
    shmctl(shmid, IPC_RMID, 0);  // 標記刪除，最後一個分離時實際移除
    return 0;
}

範例 2：掛載、寫入、讀取、分離

void *mem = shmat(shmid, 0, 0);
strcpy((char*)mem, "Hello SHM");
printf("%s\n", (char*)mem);
shmdt(mem);

範例 3：信號量同步多進程寫入 (生產者/消費者)

結構體包含計數器、緩衝區、信號量 ID。semop 操作 sem_num=0，sem_op=-1 (P 操作/等待)、sem_op=+1 (V 操作/釋放)。

// 關鍵區段
sb.sem_op = -1; semop(semid, &sb, 1);  // 等待
buffer[counter++] = my_char;           // 寫入共享記憶體
sb.sem_op = +1; semop(semid, &sb, 1);  // 釋放

編譯與執行

gcc -Wall shm_demo.c -o shm_demo
./shm_demo create
./shm_demo use a &
./shm_demo use b &
./shm_demo read
./shm_demo remove

注意事項

• 共享記憶體大小必須為頁大小整數倍 (getpagesize())。
• 進程結束會自動分離，但建議显式 shmdt()。
• SHM_LOCK 可鎖定實體頁防止換出，提升即時性能。
• IPC 物件生命週期隨核心，重開機消失；持久化需自行落盤。

掌握 System V IPC 三件套 (共享記憶體、信號量、訊息佇列)，即可構建高效能多進程協作系統。