Linux进程间通讯之共享内存

古城微笑少年丶 2023-10-17 10:46 83阅读 0赞

共享内存:  
使用共享内存和使用malloc()来分配内存区域很相似。使用共享内存的方法是：  
1 对一个进程/线程使用shmget()分配内存区域。  
2 使用shmat()放置一个或多个进程/线程在共享内存中，也可以用shmctl()来获取信息或者控制共享区域。  
3 使用shmdt()从共享区域中分离。  
4 使用shmctl()解除分配空间

共享内存是Linux中最快速的IPC方法。它也是一个双向过程，共享区域内的任何进程都可以读写内存。这个机制的不利方面是其同步和协议都不受程序员控制，必须确保将句柄传递给了子进程和线程。

一. 函数： shmget介绍

功能:取得共享内存段  
语法:\#include <sys/types.h>;  
\#include <sys/ipc.h>;  
\#include <sys/shm.h>;  
int shmget(key,size,shmflg)  
key\_t key;  
int size,shmflg;  
说明:本系统调用返回key相关的共享内存标识符.  
共享内存标识符和相关数据结构及至少size字节的共享内存段能  
正常创建,要求以下事实成立:  
. 参数key等于IPC\_PRIVATE.  
. 参数key没有相关的共享内存标识符,同时(shmflg&IPC\_CREAT)  
值为真.  
共享内存创建时,新生成的共享内存标识相关的数据结构被初始  
化如下:  
. shm\_perm.cuid和shm\_perm.uid设置为调用进程的有效UID.  
. shm\_perm.cgid和shm\_perm.gid设置为调用进程的有效GID.  
. shm\_perm.mode访问权限比特位设置为shmflg访问权限比特位.  
. shm\_lpid,shm\_nattch,shm\_atime,shm\_dtime设置为0.  
. shm\_ctime设置为当前系统时间.  
. shm\_segsz设置为0.  
返回值:若调用成功则返回一个非0值,称为共享内存标识符,否则返回  
值为-1.

key\_t key  
\-----------------------------------------------  
key标识共享内存的键值: 0/IPC\_PRIVATE。 当key的取值为IPC\_PRIVATE，则函数shmget()将创建一块新的共享内存；如果key的取值为0，而参数shmflg中设置了IPC\_PRIVATE这个标志，则同样将创建一块新的共享内存。  
在IPC的通信模式下，不管是使用消息队列还是共享内存，甚至是信号量，每个IPC的对象(object)都有唯一的名字，称为“键”(key)。通过“键”，进程能够识别所用的对象。“键”与IPC对象的关系就如同文件名称之于文件，通过文件名，进程能够读写文件内的数据，甚至多个进程能够共用一个文件。而在IPC的通讯模式下，通过“键”的使用也使得一个IPC对象能为多个进程所共用。  
Linux系统中的所有表示System V中IPC对象的数据结构都包括一个ipc\_perm结构，其中包含有IPC对象的键值，该键用于查找System V中IPC对象的引用标识符。如果不使用“键”，进程将无法存取IPC对象，因为IPC对象并不存在于进程本身使用的内存中。  
通常，都希望自己的程序能和其他的程序预先约定一个唯一的键值，但实际上并不是总可能的成行的，因为自己的程序无法为一块共享内存选择一个键值。因此，在此把key设为IPC\_PRIVATE，这样，操作系统将忽略键，建立一个新的共享内存，指定一个键值，然后返回这块共享内存IPC标识符ID。而将这个新的共享内存的标识符ID告诉其他进程可以在建立共享内存后通过派生子进程，或写入文件或管道来实现。

int size(单位字节Byte)  
\-----------------------------------------------  
size是要建立共享内存的长度。所有的内存分配操作都是以页为单位的。所以如果一段进程只申请一块只有一个字节的内存，内存也会分配整整一页(在i386机器中一页的缺省大小PACE\_SIZE=4096字节)这样，新创建的共享内存的大小实际上是从size这个参数调整而来的页面大小。即如果size为1至4096，则实际申请到的共享内存大小为4K(一页)；4097到8192，则实际申请到的共享内存大小为8K(两页)，依此类推。

int shmflg  
\-----------------------------------------------  
shmflg主要和一些标志有关。其中有效的包括IPC\_CREAT和IPC\_EXCL，它们的功能与open()的O\_CREAT和O\_EXCL相当。  
IPC\_CREAT 如果共享内存不存在，则创建一个共享内存，否则打开操作。  
IPC\_EXCL 只有在共享内存不存在的时候，新的共享内存才建立，否则就产生错误。

如果单独使用IPC\_CREAT，shmget()函数要么返回一个已经存在的共享内存的操作符，要么返回一个新建的共享内存的标识符。如果将IPC\_CREAT和IPC\_EXCL标志一起使用，shmget()将返回一个新建的共享内存的标识符；如果该共享内存已存在，或者返回-1。IPC\_EXEL标志本身并没有太大的意义，但是和IPC\_CREAT标志一起使用可以用来保证所得的对象是新建的，而不是打开已有的对象。对于用户的读取和写入许可指定SHM\_R和SHM\_W,(SHM\_R>3)和(SHM\_W>3)是一组读取和写入许可，而(SHM\_R>6)和(SHM\_W>6)是全局读取和写入许可。

返回值  
\-----------------------------------------------  
成功返回共享内存的标识符；不成功返回-1，errno储存错误原因。  
EINVAL 参数size小于SHMMIN或大于SHMMAX。  
EEXIST 预建立key所致的共享内存，但已经存在。  
EIDRM 参数key所致的共享内存已经删除。  
ENOSPC 超过了系统允许建立的共享内存的最大值(SHMALL )。  
ENOENT 参数key所指的共享内存不存在，参数shmflg也未设IPC\_CREAT位。  
EACCES 没有权限。  
ENOMEM 核心内存不足。

二. 相关数据结构：  
struct shmid\_ds  
\-----------------------------------------------  
shmid\_ds数据结构表示每个新建的共享内存。当shmget()创建了一块新的共享内存后，返回一个可以用于引用该共享内存的shmid\_ds数据结构的标识符。

include/linux/shm.h

struct shmid\_ds \{  
struct ipc\_perm shm\_perm; /\* operation perms \*/  
int shm\_segsz; /\* size of segment (bytes) \*/  
\_\_kernel\_time\_t shm\_atime; /\* last attach time \*/  
\_\_kernel\_time\_t shm\_dtime; /\* last detach time \*/  
\_\_kernel\_time\_t shm\_ctime; /\* last change time \*/  
\_\_kernel\_ipc\_pid\_t shm\_cpid; /\* pid of creator \*/  
\_\_kernel\_ipc\_pid\_t shm\_lpid; /\* pid of last operator \*/  
unsigned short shm\_nattch; /\* no. of current attaches \*/  
unsigned short shm\_unused; /\* compatibility \*/  
void \*shm\_unused2; /\* ditto - used by DIPC \*/  
void \*shm\_unused3; /\* unused \*/  
\};

struct ipc\_perm  
\-----------------------------------------------  
对于每个IPC对象，系统共用一个struct ipc\_perm的数据结构来存放权限信息，以确定一个ipc操作是否可以访问该IPC对象。

struct ipc\_perm \{  
\_\_kernel\_key\_t key;  
\_\_kernel\_uid\_t uid;  
\_\_kernel\_gid\_t gid;  
\_\_kernel\_uid\_t cuid;  
\_\_kernel\_gid\_t cgid;  
\_\_kernel\_mode\_t mode;  
unsigned short seq;  
\};

三. 例程  
\-----------------------------------------------------------  
\#include <stdlib.h>  
\#include <stdio.h>  
\#include <string.h>  
\#include <errno.h>  
\#include <unistd.h>  
\#include <sys/stat.h>  
\#include <sys/types.h>  
\#include <sys/ipc.h>  
\#include <sys/shm.h>  
\#define PERM S\_IRUSR|S\_IWUSR

int main(int argc, char \*\*argv)  
\{  
key\_t shmid;  
char \*p\_addr, \*c\_addr;  
pid\_t pid;  
if(argc != 2) \{  
fprintf(stderr, "Usage:%s/n/a", argv\[0\]);  
exit(1);  
\}  
if( (shmid = shmget(IPC\_PRIVATE, 1024, PERM)) == -1 ) \{ //(1)  
fprintf(stderr, "Create Share Memory Error:%s/n/a", strerror(errno));  
exit(1);  
\}  
pid = fork();  
if(pid > 0) \{  
p\_addr = shmat(shmid, 0, 0);  
memset(p\_addr, '/0', 1024);  
strncpy(p\_addr, argv\[1\], 1024);  
wait(NULL);  
exit(0);  
\}  
else if (pid == 0)\{  
sleep(1);  
c\_addr = shmat(shmid, 0, 0);  
printf("Client get %s/n", c\_addr);  
exit(0);  
\}  
\}

(1)  
IPC\_PRIVATE 保证使用唯一ID  
S\_IRUSR | S\_IWUSR 使当前用户可以读写这个区域

运行  
\-----------------------------------------------------------  
$ ./a.out hello  
Client get hello  
$ ./a.out hello