目錄

1. System V共享內(nèi)存簡介

2. API介紹

2.0 key_t和標(biāo)識符

2.1? 創(chuàng)建system v共享內(nèi)存

2.2 映射共享內(nèi)存并使用

2.3?取消共享內(nèi)存映射

2.4?控制共享內(nèi)存

3. 實例

3.1 共享內(nèi)存寫示例

3.2 共享內(nèi)存讀示例

4. 運行

5.?注意事項

6. 參考資料

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1. System V共享內(nèi)存簡介

System V IPC通常指的是以下三種:

System V 消息隊列（message queues）

System V 信號量（semaphores）

System V 共享內(nèi)存（shared memory）

System V IPC最早是在上世紀(jì)70年代末由貝爾實驗室開發(fā)出來，三種IPC在實現(xiàn)架構(gòu)、使用方式上有很多相同之處，比如內(nèi)核實現(xiàn)里共用了ipc_perm權(quán)限管理結(jié)構(gòu)體，使用方式上都包括基本的xxxget,xxxctl等等。今天主要介紹下System V 共享內(nèi)存的使用方式。共享內(nèi)存作為IPC通信中最快的一種，之所以快是因為一旦創(chuàng)建成功，后續(xù)操作無需內(nèi)核拷貝數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)調(diào)用，通信雙方可以直接操作共享內(nèi)存來通信。因為開發(fā)出來比較早，所以存在一些缺陷，所以就有了Posix IPC的產(chǎn)生，不過這是后話，在此不提。首先看下共享內(nèi)存的接口。

2. API介紹

2.0 key_t和標(biāo)識符

System V IPC對象通過標(biāo)識符來區(qū)分，該標(biāo)志符具有系統(tǒng)唯一性，是操作系統(tǒng)內(nèi)的全局變量。生成SystemV IPC對象的Get函數(shù)需要一個key_t參數(shù)，這是一個整型變量，用于對應(yīng)一個標(biāo)識符。該標(biāo)識符通常有三種方法生成：

使用隨機(jī)固定值

使用IPC_PRIVATE，這表示每次生成IPC對象的時候都會創(chuàng)建一個新的標(biāo)識符，因此不相干的進(jìn)程之間無法知道標(biāo)識符ID，因此通常只用于父子進(jìn)程，子進(jìn)程繼承父進(jìn)程的IPC標(biāo)識符，因而可以通信。

使用ftok函數(shù)生成key_t，該函數(shù)組合路徑的屬性和傳入的proj_id拼出一個key_t，實際使用的時候路徑通常都是可執(zhí)行文件路徑。

#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h>/** * @brief 根據(jù)路徑屬性和proj_id創(chuàng)建key_t * * @params pathname 路徑名，文件必須存在且可訪問 * @params proj_id 自定義ID，只使用低8位(不能為0) * * @returns 成功返回key_t，失敗返回-1 */key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

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2.1? 創(chuàng)建system v共享內(nèi)存

可以使用ipcs | ipcrm | ipcmk 查看、刪除和創(chuàng)建共享內(nèi)存

#include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h>/** * @brief 創(chuàng)建共享內(nèi)存ID * * @params key 與shm_id關(guān)聯(lián)的key，三種生成方式，包括IPC_PRIVATE，注意key和shm_id不是綁定關(guān)系，相同的key產(chǎn)生的標(biāo)識符不一定相同。 * @params size 共享內(nèi)存的大小，必須是正整數(shù)。 * @params shmflg 標(biāo)志位和權(quán)限控制標(biāo)志位，可以多個用or運算。IPC_CREAT、 IPC_EXCL * * @returns 成功返回shmid，失敗返回-1 */int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

根據(jù)標(biāo)志位的不同，有如下幾種情況：

oflag參數(shù)	key不存在	key已經(jīng)存在
無特殊標(biāo)志位	返回-1	返回標(biāo)識符
IPC_CREAT	返回新建標(biāo)識符	返回已有標(biāo)識符
IPC_CREAT|IPC_EXCL	返回新建標(biāo)識符	返回-1

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2.2 映射共享內(nèi)存并使用

使用共享內(nèi)存前需要將其映射到經(jīng)常自身地址空間，之后就可以像malloc分配的內(nèi)存一樣使用了

#include <sys/types.h> #include <sys/shm.h>/** * @brief 映射共享內(nèi)存到進(jìn)程指定地址 * * @params shmid 共享內(nèi)存標(biāo)識符 * @params shmaddr 映射的地址，為NULL則內(nèi)核自動選擇合適的地址，非空并且設(shè)置SHM_RND標(biāo)志位，則自動對齊，如果沒有此標(biāo)志位并且不對齊，報錯。 * @params shmflg 可以設(shè)置SHM_RND、SHM_REMAP,SHM_RDONLY * 如果映射的地址已經(jīng)有了映射，可以設(shè)置SHM_REMAP標(biāo)志位重新映射，否則報錯。 * 如果地址不對齊，可以設(shè)置SHM_RND標(biāo)志位，此時內(nèi)核自動找到符合符合要求的地址，否則報錯。 * * @returns 成功返回映射地址，可以像malloc返回的地址那樣操作，失敗返回 (void *) -1 */void *shmat(int shmid, const void *shmaddr,int shmflg);

2.3?取消共享內(nèi)存映射

#include <sys/types.h> #include <sys/shm.h>/** * @brief 取消共享內(nèi)存映射 * * @params shmaddr shmat返回的共享內(nèi)存地址 * * 只是減少共享內(nèi)存的引用計數(shù)并未實際刪除共享內(nèi)存 * * @returns 成功返回0，失敗返回 -1 */int shmdt(const void *shmaddr);

2.4?控制共享內(nèi)存

#include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h>struct shmid_ds {struct ipc_perm shm_perm; /* 所有權(quán)及權(quán)限 */size_t shm_segsz; /* 共享內(nèi)存大小 (bytes) */time_t shm_atime; /* 上次shmat時間 */time_t shm_dtime; /* 上次shmdt時間 */time_t shm_ctime; /* 上次修改時間 */pid_t shm_cpid; /* 創(chuàng)建進(jìn)程皮帶 */pid_t shm_lpid; /* PID of last shmat(2)/shmdt(2) */shmatt_t shm_nattch; /* 當(dāng)前shmat進(jìn)程數(shù)量 */... };/** * @brief 取消共享內(nèi)存映射 * * @params shmid 共享內(nèi)存標(biāo)識符 * @params cmd 控制命令，IPC_STAT, IPC_SET, IPC_RMID, SHM_LOCK, SHM_UNLOCK * @params buf 緩存 * IPC_STAT 獲取對應(yīng)共享內(nèi)存信息，存到buf緩存里。 * IPC_SET 只能修改shm_perm里面的uid,gid及mode * IPC_RMID 刪除共享內(nèi)存，只有引用計數(shù)為0才真正刪除 * SHM_LOCK 阻止共享內(nèi)存被替換出去 * SHM_UNLOCK 和SHM_LOCK相反 * * @returns 成功返回0，失敗返回 -1 */int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

3. 實例

3.1 共享內(nèi)存寫示例

/* ** Name: shm_write.c ** Desc: 共享內(nèi)存寫端 ** Author: masonf ** Date: 2020-06-02 */#include <sys/ipc.h> #include <stdio.h> #include <string.h> #include <errno.h> #include <sys/shm.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h>// 消息結(jié)構(gòu)體 typedef struct{char content[128]; } msg;main(int argc, char** argv) {int shm_id,i;key_t key;msg *pMsg;if (argc < 2){printf("invalid argument\n");return ;}// key簡單寫死key = 9999;// 創(chuàng)建共享內(nèi)存shm_id=shmget(key,4096,IPC_CREAT);if(shm_id == -1){perror("shmget error");return;}// 映射共享內(nèi)存到進(jìn)程地址空間pMsg=(msg*)shmat(shm_id, NULL, 0);if (pMsg == (void *)-1){perror("shmat error");return ;}// 寫數(shù)據(jù)到共享內(nèi)存memcpy(pMsg->content, argv[1], strlen(argv[1]));// 取消共享內(nèi)存映射,并沒有刪除共享內(nèi)存if(shmdt(pMsg) == -1){perror(" detach error ");}return ; }

3.2 共享內(nèi)存讀示例

/* ** Name: shm_read.c ** Desc: 共享內(nèi)存讀端 ** Author: masonf ** Date: 2020-06-02 */#include <sys/ipc.h> #include <stdio.h> #include <sys/shm.h> #include <errno.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> typedef struct{char content[128]; } msg;void main(int argc, char** argv) {int shm_id,i;key_t key;msg *pMsg = NULL;// 使用固定值key = 9999;// 存在則直接返回共享內(nèi)存shm_id = shmget(key, 4096, IPC_CREAT); if(shm_id == -1){perror("shmget error");return;}// 映射共享內(nèi)存到進(jìn)程自身地址空間pMsg = (msg*)shmat(shm_id,NULL,0);if (pMsg == NULL){printf("shmat error, errno:%d", errno);return ;}printf("Get Msg from shm_id:%s\n", pMsg->content);// 取消共享內(nèi)存映射if(shmdt(pMsg) == -1){perror(" detach error ");}return; }

4. 運行

5.?注意事項

當(dāng)多個進(jìn)程同時讀寫共享內(nèi)存存在競態(tài)沖突，需要用戶自己做好互斥，可以使用信號量等機(jī)制。

共享內(nèi)存具有內(nèi)核持久性，除非手動調(diào)用shmctl刪除，否則會一直存在，直到系統(tǒng)重啟。

fork后執(zhí)行exec，則共享內(nèi)存會自動解除映射，detach

創(chuàng)建共享內(nèi)存有一些限制。

• shmmax? 單個共享內(nèi)存塊最大字節(jié)數(shù)
• shmmnb? 共享內(nèi)存空間最小字節(jié)數(shù)
• shmmni? 系統(tǒng)最多可以創(chuàng)建的共享內(nèi)存數(shù)量
• shmseg? 單個進(jìn)程最多可以映射的共享內(nèi)存數(shù)量
• shmall? ?系統(tǒng)可供使用的共享內(nèi)存大小

6. 參考資料

1.?https://linux.die.net/man/2/shmctl

https://linux.die.net/man/2/shmget

2. 《Linux環(huán)境編程 從應(yīng)用到內(nèi)核》

3. 《Unix網(wǎng)絡(luò)編程 卷二 進(jìn)程間通信》

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux进程间通信一 System V 共享内存简介与示例的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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