APUE_共享存储区

我就是我 2022-09-15 06:03 151阅读 0赞

### 1.引言 ###

共享存储（Shared Memory）允许两个或更多进程共享一个给定的存储区。由于数据不需要在进程间进行复制，因此它是最快的一种IPC。唯一需要注意的问题是，多个进程之间对一给定存储区的同步访问。若服务器进程正在将数据放入共享存储区，则在它做完这一操作之前，客户进程不应当去取这些数据。通常，信号量被用来实现对共享存储访问的同步，此外，当然记录锁也可用于这种场合。

内核为每个共享存储段设置了一个shmid\_ds结构，与msqid\_ds类似只是该共享存储区的一些信息和记录。

struct shmid_ds {
         struct ipc_perm  shm_perm;    /* see Section 15.6.2 */
         size_t           shm_segsz;   /* 段所含字节数 */
         pid_t            shm_lpid;    /* pid of last shmop() */
         pid_t            shm_cpid;    /* pid of creator */
         shmatt_t         shm_nattch;  /* number of current attaches */
         time_t           shm_atime;   /* last-attach time */
         time_t           shm_dtime;   /* last-detach time */
         time_t           shm_ctime;   /* last-change time */
         .
         .
         .
    };

其中包含ipc\_perm结构，用以规定存储段的访问权限和所有者。系统中，关于共享存储段的限制包括：共享存储段的最大字节数、共享存储段的最小字节数、共享存储段的最大段数以及每个进程共享存储段的最大段数。当然不同系统不一样！

### 2.获得共享存储标识符 ###

为了获得一个共享存储标识符，调用的第一个函数通常是shmget。

#include <sys/shm.h>
    int shmget(key_t key, size_t size, int flag)
    					//成功返回共享存储ID，失败返回-1

其中size是该共享存储段的长度（单位为字节），实现通常将其向上取为系统页长的整数倍。但是如果指定的size值并非系统页长的整数倍，那么最后一页的余下部分是不可用的。如果正在创建一个新段，则必须指定其size，如果正在引用一个现存的段，则将size指定为0。当创建一个新段时，将段内内容初始化为0。

每一个XSI IPC都会有一个控制的垃圾箱函数，共享内存也不例外:

#include <sys/shm.h>
    int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
    						//成功返回0，出错返回-1

具体的cmd依然是IPC\_STAT,IPC\_SET,IPC\_RMID。

linux提供了另外两个命令：

SHM\_LOCK   将共享存储段锁定在内存中。此命令只能由超级用户执行。

SHM\_UNLOCK 解锁共享存储段，此命令只能由超级用户执行。

一旦创建了一个共享存储段，进程就可以调用shmat将其连接到自己的地址空间中。

#include <sys/shm.h>
    void *shmat(int shmid, const void *addr, int flag)
    					//成功返回指向共享存储的指针，出错返回-1

addr参数表示将共享存储段连接到进程的地址，指定为0表示右内核选取，为了可移植性，一般指定为0。

如果在flag中指定SHM\_RDONLY位，则以只读方式连接此段。否则以读写方式连接此段。

对共享存储段的操作已经结束时，则调用shmdt脱离此段。注意这并不从系统中删除其标识符以及其数据结构。该标识符仍然存在，直至某个进程（一般是服务器进程）调用带IPC\_RMID命令的shmctl特地删除它。

#include <sys/shm.h>
    int shmdt(void *addr);
    		//成功返回0，出错返回-1
    //addr是以前调用shmat时的返回值，如果成功shmdt将使得shmid_ds结构中的shm_nattch
    //计数器减1。

### 3.示例程序 ###

//用POSIX信号量来同步共享存储区
    //这里用的是命名信号量，其实无名信号量也是可以的，不过无名信号量一般用于线程
    #include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <semaphore.h>
    #include <fcntl.h>           /* For O_* constants */
    #include <sys/stat.h>        /* For mode constants */
    #include <stdlib.h>
    
    #define SHM_KEY 0x33
    
    int main(int argc, char **argv)
    {
        pid_t pid;
        int i, shmid;
        int *ptr;
        sem_t *sem;
    
        /* 创建一块共享内存, 存一个int变量 */
        if ((shmid = shmget(SHM_KEY, sizeof(int), IPC_CREAT | 0600)) == -1) {
            perror("msgget");
        }
    
        /* 将共享内存映射到进程, fork后子进程可以继承映射 */
        if ((ptr = (int *)shmat(shmid, NULL, 0)) == (void *)-1) {
            perror("shmat");
        }
        *ptr = 0;
    
        /* posix的有名信号量是kernel persistent的
         * 调用sem_unlink删除以前的信号量 */
        sem_unlink("/mysem");
    
        /* 创建新的信号量, 初值为1, sem_open会创建共享内存
         * 所以信号量是内核持续的 */
        if ((sem = sem_open("/mysem", O_CREAT, 0600, 1)) == SEM_FAILED) {
            perror("sem_open");
        }
    
        if ((pid = fork()) < 0) {
            perror("fork");
        } else if (pid == 0) {      /* Child */
            /* 子进程对共享内存加1 */
            for (i = 0; i < 100000; i++) {
                sem_wait(sem);
                (*ptr)++;
                sem_post(sem);
                printf("child: %d\n", *ptr);
            }
        } else {                    /* Parent */
            /* 父进程对共享内存减1 */
            for (i = 0; i < 100000; i++) {
                sem_wait(sem);
                (*ptr)--;
                sem_post(sem);
                printf("parent: %d\n", *ptr);
            }
            waitpid(pid);
            /* 如果同步成功, 共享内存的值为0 */
            printf("finally: %d\n", *ptr);
            sem_unlink("/mysem");
        }
        return 0;
    }