Linux下的共享內存

 共享內存( shared memory ) ：共享內存就是映射一段能被其他進程所訪問的內存，這段共享內存由一個進程創建，但多個進程都可以訪問。共享內存是最快的 IPC 方式，它是針對其他進程間通信方式運行效率低而專門設計的。它往往與其他通信機制，如信號量，配合使用，來實現進程間的同步和通信。

通信模型:

1. 獲取key值 :ftok()
2. 創建/獲取共享內存 :shmget()
3. 掛接共享內存 :shmat()
4. 脫接共享內存 :shmdt()
5. 刪除共享內存 :shmctl()

使用的頭文件

#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>

ftok()

//獲取key值, key值是System V IPC的標識符，成功返回key，失敗返回-1設errno
//同pathname+同 proj_id==>同key_t;
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

pathname :文件名
proj_id: 1~255的一個數，表示project_id

shmget()

//創建/獲取共享內存，成功返回共享內存的標識符shmid，失敗返回-1設errno
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);     //多設爲int shmid=...  和shmat()一起用比較好看

key :ftok()的返回值
size:共享內存的大小，實際會按照頁的大小(PAGE_SIZE)來分配。0表示獲取已經分配好的共享內存
shmflg:具體的操作標誌

• IPC_CREAT:若不存在則創建, 需要在shmflg中＂|權限信息＂, eg: |0664; 若存在則打開
• IPC_EXCL:與IPC_CREAT搭配使用, 若存在則創建失敗==>報錯,set errno
• 0 :獲取已經存在的共享內存

shmat()

//掛接共享內存，成功返回映射內存的地址，失敗返回(void*)-1設errno
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

shmid: shmget()的返回值
shmaddr

• NULL表示由系統選擇 (同mmap())
• 非NULL且shflg是SHM_RND，會按照頁對齊的原則從shmaddr開始找最近的地址開始分配分，否則shmaddr指定的地址必須是頁對齊的
• shmflg :操作的標誌, 給0即可
  • SHM_RDONLY表示掛接到該共享內存的進程必須有讀權限
  • SHM_REMAP (Linux-specific)表示如果要映射的共享內存已經有現存的內存，那麼就將舊的替換

shmdt()

//脫接共享內存，成功返回0,失敗返回-1設errno
int shmdt(const void *shmaddr);

//脫接shm
int res=shmdt(pv);
if(-1==res)
    perror("shmdt"),exit(-1);

shmctl()

//共享內存管理，成功返回0,失敗返回-1設errno
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

shmid：共享內存的id，由shmget()返回
buf : shmid_ds類型的指針

struct shmid_ds {
   struct ipc_perm  shm_perm;       /* Ownership and permissions */
    size_t          shm_segsz;      /* Size of segment (bytes) */
    time_t          shm_atime;      /* Last attach time */
    time_t          shm_dtime;      /* Last detach time */
    time_t          shm_ctime;      /* Last change time */
    pid_t           shm_cpid;       /* PID of creator */
    pid_t           shm_lpid;       /* PID of last shmat(2)/shmdt(2) */
    shmatt_t        shm_nattch;     /* No. of current attaches */
    ...
};
//<sys/ipc.h>
struct ipc_perm {
   key_t            __key;      /* Key supplied to shmget(2) */
   uid_t            uid;        /* Effective UID of owner */
   gid_t            gid;        /* Effective GID of owner */
   uid_t            cuid;       /* Effective UID of creator */
   gid_t            cgid;       /* Effective GID of creator */
   unsigned short   mode;       /* Permissions + SHM_DEST and SHM_LOCKED flags */
   unsigned short   __seq;      /* Sequence number */
};

cmd

• IPC_STAT表示從內核中拷貝關於這個shmid的信息到buf指向的shmid_ds中
• IPC_SET 將buf指向的shmid_ds的信息寫入到內核的結構體中，同時更新成員shm_ctime
• IPC_RMID銷燬共享內存

• IPC_INFO(Linux-specific)返回系統對共享內存的限制寫入到buf指向的時shminfo結構體中

  //_GNU_SOURCE
  struct  shminfo {
      unsigned long   shmmax; /* Maximum segment size */
      unsigned long   shmmin; /* Minimum segment size; always 1 */
      unsigned long   shmmni; /* Maximum number of segments */
      unsigned long   shmseg; /* Maximum number of segments that a process can attach; unused within kernel */
      unsigned long   shmall; /* Maximum number of pages of shared memory, system-wide */
   };
   //shmmni, shmmax, and shmall 可以童工/proc裏的同名文件進行修改

• SHM_INFO(Linux-specific) 返回一個shm_info結構體來表示該共享內存消耗的系統資源

  //_GNU_SOURCE
  struct shm_info {
      int             used_ids;   /* # of currently existing segments */
      unsigned long   shm_tot;    /* Total number of shared memory pages */
      unsigned long   shm_rss;    /* # of resident shared memory pages */
      unsigned long   shm_swp;    /* # of swapped shared memory pages */
      unsigned long   swap_attempts; /* Unused since Linux 2.4 */
      unsigned long   swap_successes;/* Unused since Linux 2.4 */
   };

• SHM_STAT(Linux-specific) 爲IPC_STAT返回一個shmid_ds結構結構體，不同的是shmid的參數不是一個標識符，而是內核中一個包含了系統中所有共享內存信息的索引
• SHM_LOCK防止系統將共享內存放到swap區，IPC_STAT讀到的信息中SHM_LOCKED標記就被設置了

• SHM_UNLOCK 解除鎖定，即允許共享內存被系統放到swap區

//使用IPC_RMID刪除共享內存
int res=shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
if(-1==res)
    perror("shmctl"),exit(-1);

測試代碼：

comm.h

  1 #ifndef _COMM_H_
  2 #define _COMM_H_
  3 
  4 #include<stdio.h>
  5 #include<sys/ipc.h>
  6 #include<sys/shm.h>
  7 
  8 #define PATHNAME "."
  9 #define PROJ_ID 0x6666
 10 
 11 int creat(int size);
 12 int get(int size);
 13 int destory(int shmid);
 14 
 15 #endif

comm.c 

  1 #include"comm.h"
  2 
  3 static int com(int size,int flags)
  4 {
  5     key_t key=ftok(PATHNAME,PROJ_ID);
  6     if(key<0)
  7     {
  8         perror("ftok");
  9         return -1;
 10     }
 11 
 12     int shmid=shmget(key,size,flags);
 13     if(shmid<0)
 14     {
 15         perror("shmget");
 16         return -2;
 17     } 
 18     return shmid;
 19 }
 20 
 21 int creat(int size)
 22 {
 23     return com(size,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
 24 }
 25 int get(int size)
 26 {
 27     return com(size,IPC_EXCL);
 28 }
 29 int destory(int shmid)
 30 {
 31     if(shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL)>0)
 32     {
 33         perror("shmctl");
 34         return -1;
 35     }
 36     return 0;
 37 }
 38 

server.c

  1 #include"comm.h"
  2 
  3 int main()
  4 {
  5     int shmid=creat(4097);
  6     char *addr=shmat(shmid,NULL,0);
  7 
  8     while(1)
  9     {
 10         printf("%s\n",addr);
 11         sleep(1);
 12     }
 13     shmdt(addr);
 14     destory(shmid);
 15     return 0;
 16 }

client.c

  1 #include"comm.h"
  2 
  3 int main()
  4 {
  5     int shmid=get(0);
  6     char *addr=shmat(shmid,NULL,0);
  7 
  8     int i=0;
  9     while(1)
 10     {
 11         addr[i++]='A';
 12         addr[i]='\0';
 13         sleep(1);
 14     }
 15     return 0;
 16 }

運行結果：

沒有運行時在監控下root用戶的共享內存爲0，不存在

先運行./server，可以看到共享內存存在，而且掛接數nattch爲1

再運行./client，可以看到掛接數變爲2，說明server與client看到了同一個共享內存

結束server和client進程之後，掛接數變爲0