linux进程间通信--共享内存

叁歲伎倆 2022-08-06 00:25 310阅读 0赞

一、IPC（Inter-Process Communication，进程间通信）对象的介绍

System V 的IPC对象有共享内存、消息队列、信号灯。  
  
 [![26833883_1338467954RZqS.png][]][26833883_1338467954RZqS.png]

注意:在IPC的通信模式下，不管是使用消息队列还是共享内存，甚至是信号灯，每个IPC的对象都有唯一的名字,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，甚至多个进程能够公用一个文件。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。

二、共享内存的介绍

<1>共享内存是一种最为高效的进程间通信方式，进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝。

<2> 为了在多个进程间交换信息，内核专门留出了一块内存区，可以由需要访问的进程将其映射到自己的私有地址空间。进程就可以直接读写这一块内存而不需要进行数据的拷贝，从而大大提高效率。

<3>由于多个进程共享一段内存，因此也需要依靠某种同步机制。

三、共享内存的特点

[![26833883_1338467998s3es.png][]][26833883_1338467998s3es.png]

四、共享内存的操作流程

<1>创建/打开共享内存

<2>映射共享内存，即把指定的共享内存映射到进程的地址空间用于访问

<3>撤销共享内存映射

<4>删除共享内存对象

五、相关API

A.获取一块共享内存

[![26833883_1338468043WyPH.png][]][26833883_1338468043WyPH.png]

功能：分配一块共享内存

返回值:

调用成功返回一个shmid（类似打开一个或创建一个文件获得的文件描述符一样）;

调用失败返回-1。

参数说明:

<1>key标识共享内存的键值(就像文件的标识是文件名):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\_CREATE这个标志，则同样创建一块新的共享内存。

通过这种方式分配的共享内存，一般用来亲缘关系的进程间通信。

注意：我们一般是通过ftok这个函数获取键值

功能 : 获取一个IPC对象的键值

参数说明:

pthname就是你指定文件名的路径(该文件必须是存在而且可以访问的),一般情况我们都写一个目录

proj\_id  ： 和pthname一起完成创建键值的参数，虽然为int,但是只有8个比特被使用。一般我们写一个字符代替。

例如:

案例:  
[![26833883_133846810906Bn.png][]][26833883_133846810906Bn.png]  
  
运行的结果:  
  
 [![26833883_1338468143laLN.png][]][26833883_1338468143laLN.png]

<2> 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。所以如果一个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)。

<3>shmflg有效的标志包括IPC\_CREAT 和IPC\_EXCL,他们的功能与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，否则直接打开已存在的

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  
  
[![26833883_1338468182kNIS.png][]][26833883_1338468182kNIS.png]

例子一:假设键值为key,创建一个共享内存大小为4k,访问权限为066,如果已经存在则返回其标识号

int shmid;

if( (shmid = shmget(key,4 \* 1024,0666 | IPC\_CREAT)) < 0)

perror("Fail to shmget");

exit(EXIT\_FAILURE)

例子二、假设键值为key,创建一个共享内存大小为1k，访问权限为0666，如果已经存在则报错

int shmid;

if((shmid  = shmget(key,1024,0666 | IPC\_CREAT | IPC\_EXCL)) < 0)

perror("Fail to shmget");

exit(EXIT\_FAILURE);

B.共享内存的映射

[![26833883_1338468226114t.png][]][26833883_1338468226114t.png]

函数shmat将标识号为shmid共享内存映射到调用进程的地址空间中。

参数说明:

shmid  :  要映射的共享内存区标识符

shmaddr  :  将共享内存映射到指定地址(若为NULL,则表示由系统自动完成映射)

shmflg  :  SHM\_RDONLY  共享内存只读

默认0:共享内存可读写。

返回值 :调用成功放回映射后的地址 ,出错放回(void \*)-1；

C.取消共享内存与用户进程之间的映射  
  
[![26833883_13384682612h7I.png][]][26833883_13384682612h7I.png]

参数shmaddr是shmat映射成功放回的地址。

注意：当一个进程不再需要共享内存段时，它将调用shmdt()系统调用取消这个段，但是，这并不是从内核真正地删除这个段， 而是把相关shmid\_ds结构的shm\_nattch域的值减1， 当这个值为0时，内核才从物理上删除这个共享段。

D.控制共享内存  
  
[![26833883_1338468298448Q.png][]][26833883_1338468298448Q.png]

参数说明:

shmid  共享内存标识ID

cmd      IPC\_STAT得到共享内存的状态

IPC\_SET改变共享内存的状态

IPC\_RMID删除共享内存

buf  是一个结构体指针。IPC\_STAT的时候，取得的状态放在这个结构体中。如果要改变共享内存的状态，用这个结构体指定；

[![26833883_13384683323rfY.png][]][26833883_13384683323rfY.png]

注意：

1.IPC\_RMID命令实际上不从内核删除一个段，而是仅仅把这个段标记为删除，实际的删除发生最后一个进程离开这个共享段时。

2.当cmd为IPC\_RMID时，第三个参数应为NULL。呵呵，大部分我们都是这样做,用这个函数删除共享内存。

案例探究:

点击(此处)折叠或打开

1.  \#include <sys/shm.h>  
    
2.  \#include <stdio.h>  
    
3.  \#include <stdlib.h>  
    
4.  \#include <string.h>  
    
5.  \#include <semaphore.h>  
    
6.  \#include <fcntl.h>  
    
7.  \#include <sys/stat.h>  
    
8.    
    
9.    
    
10. \#define BUFF\_SIZE 1024  
    
11.   
    
12. int father\_do\_work(int shmid)  
    
13. \{   
    
14.     char \*buf;  
    
15.     void \*shmaddr;  
    
16.     sem\_t \*prsem;  
    
17.     sem\_t \*pwsem;  
    
18.   
    
19.     //有名信号量  
    
20.     if((prsem = sem\_open("rsem",O\_CREAT,0666,0)) == SEM\_FAILED)  
    
21.     \{   
    
22.         perror("Fail to sem open");  
    
23.         return \-1;  
    
24.     \}  
    
25.           
    
26.         //有名信号量  
    
27.     if((pwsem = sem\_open("wsem",O\_CREAT,0666,1)) == SEM\_FAILED)  
    
28.     \{   
    
29.         perror("Fail to sem open");  
    
30.         return \-1;  
    
31.     \}  
    
32.   
    
33.     //映射共享内存  
    
34.     if((shmaddr = shmat(shmid,NULL,0)) == (void \*)\-1)  
    
35.     \{   
    
36.         perror("Fail to shmat");  
    
37.         exit(EXIT\_FAILURE);  
    
38.     \}  
    
39.   
    
40.     buf = (char \*)shmaddr;  
    
41.   
    
42.     while(1)  
    
43.     \{   
    
44.         if(sem\_wait(pwsem) < 0)  
    
45.         \{   
    
46.             perror("Fail to sem wait");  
    
47.             break;  
    
48.         \}  
    
49.   
    
50.         printf(">");  
    
51.         fgets(buf,BUFF\_SIZE,stdin);  
    
52.         buf\[strlen(buf) \- 1\] = '\\0';  
    
53.           
    
54.         if(sem\_post(prsem) < 0)  
    
55.         \{   
    
56.             perror("Fail to sem post");  
    
57.             break;  
    
58.         \}  
    
59.           
    
60.         if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)  
    
61.         \{   
    
62.             if(shmdt(shmaddr) < 0)  
    
63.             \{   
    
64.                 perror("Fail to shmaddr");  
    
65.                 exit(EXIT\_FAILURE);  
    
66.             \}  
    
67.   
    
68.             break;  
    
69.         \}  
    
70.       
    
71.         usleep(500);  
    
72.     \}  
    
73.       
    
74.     return 0;  
    
75. \}  
    
76.   
    
77. int child\_do\_work(int shmid)  
    
78. \{   
    
79.     char \*buf;  
    
80.     void \*shmaddr;  
    
81.     sem\_t \*prsem;  
    
82.     sem\_t \*pwsem;  
    
83.   
    
84.     //  
    
85.     if((prsem = sem\_open("rsem",O\_CREAT,0666,0)) == SEM\_FAILED)  
    
86.     \{   
    
87.         perror("Fail to sem open");  
    
88.         return \-1;  
    
89.     \}  
    
90.   
    
91.     if((pwsem = sem\_open("wsem",O\_CREAT,0666,1)) == SEM\_FAILED)  
    
92.     \{   
    
93.         perror("Fail to sem open");  
    
94.         return \-1;  
    
95.     \}  
    
96.   
    
97.     //映射共享内存  
    
98.     if((shmaddr = shmat(shmid,NULL,0)) == (void \*)\-1)  
    
99.     \{   
    
100.         perror("Fail to shmat");  
    
101.         exit(EXIT\_FAILURE);  
    
102.     \}  
    
103.   
    
104.     buf = (char \*)shmaddr;  
    
105.   
    
106.     while(1)  
    
107.     \{   
    
108.         if(sem\_wait(prsem) < 0)  
    
109.         \{   
    
110.             perror("Fail to prsem");  
    
111.             break;  
    
112.         \}  
    
113.   
    
114.         printf("read buf : %s.\\n",buf);  
    
115.   
    
116.         if(sem\_post(pwsem) < 0)  
    
117.         \{   
    
118.             perror("Fail to pwsem");  
    
119.             break;  
    
120.         \}  
    
121.   
    
122.         if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)  
    
123.         \{   
    
124.             if(shmdt(shmaddr) < 0)  
    
125.             \{   
    
126.                 perror("Fail to shmaddr");  
    
127.                 exit(EXIT\_FAILURE);  
    
128.             \}  
    
129.   
    
130.             break;  
    
131.         \}  
    
132.     \}  
    
133.       
    
134.     return 0;  
    
135. \}  
    
136.   
    
137. int main()  
    
138. \{   
    
139.     int shmid;  
    
140.     int pid;  
    
141.     void \*shmaddr;  
    
142.       
    
143.     //创建共享内存  
    
144.     if((shmid = shmget(IPC\_PRIVATE,BUFF\_SIZE,0666 | IPC\_CREAT)) < 0)  
    
145.     \{   
    
146.         perror("Fail to shmget");  
    
147.         exit(EXIT\_FAILURE);  
    
148.     \}  
    
149.   
    
150.   
    
151.     if((pid = fork()) < 0)  
    
152.     \{   
    
153.   
    
154.         perror("Fail to fork");  
    
155.         exit(EXIT\_FAILURE);  
    
156.       
    
157.     \}else if(pid == 0)\{   
    
158.       
    
159.         child\_do\_work(shmid);  
    
160.       
    
161.     \}else\{   
    
162.           
    
163.         father\_do\_work(shmid);  
    
164.         wait(NULL);  
    
165.   
    
166.         if(shmctl(shmid,IPC\_RMID,NULL) < 0)  
    
167.         \{   
    
168.             perror("Fail to shmctl");  
    
169.             exit(EXIT\_FAILURE);  
    
170.         \}  
    
171.     \}  
    
172.   
    
173.     exit(EXIT\_SUCCESS);  
    
174. \}

运行结果:  
  
 [![26833883_1338468398l2cL.png][]][26833883_1338468398l2cL.png]

[26833883_1338467954RZqS.png]: http://blog.chinaunix.net/attachment/201205/31/26833883_1338467954RZqS.png
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[26833883_1338468043WyPH.png]: http://blog.chinaunix.net/attachment/201205/31/26833883_1338468043WyPH.png
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[26833883_1338468182kNIS.png]: http://blog.chinaunix.net/attachment/201205/31/26833883_1338468182kNIS.png
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[26833883_13384682612h7I.png]: http://blog.chinaunix.net/attachment/201205/31/26833883_13384682612h7I.png
[26833883_1338468298448Q.png]: http://blog.chinaunix.net/attachment/201205/31/26833883_1338468298448Q.png
[26833883_13384683323rfY.png]: http://blog.chinaunix.net/attachment/201205/31/26833883_13384683323rfY.png
[26833883_1338468398l2cL.png]: http://blog.chinaunix.net/attachment/201205/31/26833883_1338468398l2cL.png