前幾天上進程間通訊的課程，看到有同學(xué)對共享內(nèi)存有些不是很明白，而且在查man幫助的時候也不是很能明白系統(tǒng)對其的說明，故有了這篇文章。
共享內(nèi)存是系統(tǒng)在做進程間通訊時比較常用的IPC通訊方式之一，同時也是效率高的，但是由于其的獨特性導(dǎo)致在使用共享內(nèi)存的時候需要注意一點就是幾個進程間通訊時的互斥和同步問題，所以在使用共享內(nèi)存的時候，我們一般要對其加鎖或者加一些其他的同步機制，比如信號燈之類的。
首先看下共享內(nèi)存的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
共享內(nèi)存區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
每個共享內(nèi)存段在內(nèi)核中維護著一個內(nèi)部結(jié)構(gòu)shmid_ds，該結(jié)構(gòu)定義在linux/shm.h中，代碼如下所示：
struct shmid_ds {
struct ipc_perm shm_perm;/* 超作許可權(quán)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指針 */
int shm_segsz; /* 共享存儲段大小 (bytes) */
time_t shm_atime; /* 后調(diào)用shmat時間 */
time_t shm_dtime; /* 后調(diào)用shmdt的時間 */
time_t shm_ctime; /* 后調(diào)用shmctl的改變的時間 */
unsigned short shm_cpid; /*創(chuàng)建者的進程ID */
unsigned short shm_lpid; /* 后對共享存儲段進行操作的進程ID */
short shm_nattch; /* 當前連接數(shù) */
};
共享內(nèi)存的創(chuàng)建和操作
A：共享內(nèi)存區(qū)的創(chuàng)建
linux下使用函數(shù)shmget來創(chuàng)建一個共享內(nèi)存區(qū)，或者訪問一個已經(jīng)存在的共享內(nèi)存區(qū)，該函數(shù)定義如下:
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
返回：失敗-1， 成功返回非負的共享存儲段id。
第一個參數(shù)key是共享存儲關(guān)鍵字。它有特殊值IPC_PRIVATE表示總是創(chuàng)建一個進程私有的共享存儲段。當key值不等于IPC_PRIVATE時，shmget動作取決于后一個參數(shù)shmflg標志：
1. IPC_CREAT 單獨設(shè)置此標志，當系統(tǒng)中不存在相同key時，創(chuàng)建一個新的共享存儲段，否則返回已存在的共享存儲段。
2. IPC_EXCL 單獨設(shè)置不起作用。與 IPC_CREAT同時設(shè)置時，當系統(tǒng)中存在相同key時，錯誤返回。保證不會打開一個已存在的共享存儲段。
如果沒有指定IPC_CREATE并且系統(tǒng)中不存在相同key值的共享存儲段，將失敗返回。
第二個參數(shù)size指明要求的共享存儲段的大小。當key指定的共享存儲段已存在時，取值范圍為0和已存在共享段大小。或簡單指定為0。成功后此函數(shù)返回共享存儲段id，同時創(chuàng)建于參數(shù)key相連的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)shmid_ds。此節(jié)構(gòu)為系統(tǒng)內(nèi)部使用。
第三個參數(shù)也可以設(shè)置共享存儲段的訪問權(quán)限，用或于上面的值操作。
B：共享內(nèi)存區(qū)的操作
在使用共享內(nèi)存區(qū)之前,必須通過shmat函數(shù)將其附加到進程的地址空間,進程和地址空間就建立了連接。shmat調(diào)用成功后就返回一個共享內(nèi)存區(qū)指針，使用該指針就可以訪問共享內(nèi)存區(qū)了。
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
返回：失敗-1并置errno, 成功返回連接的實際地址。
第一個參數(shù)，必須由shmget返回的存儲段的id。
第二個參數(shù)指明共享存儲段要連接到的地址。0，系統(tǒng)為我們創(chuàng)建一個適當?shù)牡刂分怠７駝t自己指定。
第三個參數(shù)shmflg可以設(shè)成：SHM_RND, SHM_RDONLY。SHM_RND為自己指定連接地址時用。SHM_RDONLY說明此存儲段只讀。
當進程結(jié)束使用共享內(nèi)存區(qū)時,就要通過函數(shù)shmdt斷開于共享內(nèi)存區(qū)的連接。函數(shù)介紹如下:
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
int shmdt(const void * shmaddr);
返回：失敗-1并置errno, 成功返回0
分離由shmaddr指定的存儲段。此值應(yīng)該由shmat返回的值。
此函數(shù)不是刪除共享存儲段，而是從當前進程分離存儲段。
當進程推出時，系統(tǒng)會自動分離它連接的所有共享段。
共享內(nèi)存區(qū)的控制
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
存儲段控制函數(shù)。可獲得shmid_ds全部內(nèi)容。
返回：失敗-1并置errno， 成功返回0。
第一個參數(shù)，必須由shmget返回的存儲段的id。cmd為指定要求的操作。
CMD 說明 參數(shù)
IPC_STAT 放置與shmid相連的shmid_ds結(jié)構(gòu)當前值于buf所指定用戶區(qū) buf
IPC_SET 用buf指定的結(jié)構(gòu)值代替與shmid相連的shmid_ds結(jié)構(gòu)值 buf
IPC_RMID 刪除制定的信號量集合
SHM_LOCK 鎖住共享存儲段。只能由超級管理員使用
SHM_UNLOCK unlock共享存儲段。只能由超級管理員使用
附例子：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
#define SHM_SIZE 1024
union semun
{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
};
/*創(chuàng)建信號量函數(shù)*/
int createsem (const char *pathname,int proj_id,int members,int init_val)
{
key_t msgkey;
int index,sid;
union semun semopts;
if ((msgkey = ftok(pathname,proj_id)) == -1) {
perror ("ftok error1\n");
return -1;
}
if ((sid = semget (msgkey,members,IPC_CREAT |0666)) == -1) {
perror("semget call failed!");
return -1;
}
/*初始化操作*/
semopts.val = init_val;
for (index = 0;index < members; index ++){
semctl(sid,index,SETVAL,semopts);
}
return (sid);
}
/*打開信號量函數(shù)*/
int opensem (const char *pathname,int proj_id)
{
key_t msgkey;
int sid;
if ((msgkey = ftok(pathname,proj_id)) == -1) {
perror ("ftok error1\n");
return -1;
}
if ((sid = semget (msgkey,0,IPC_CREAT |0666)) == -1) {
perror("semget call failed!");
return -1;
}
return (sid);
}
/*P操作函數(shù)*/
int sem_p(int semid,int index)
{
struct sembuf buf = {0,-1,IPC_NOWAIT};
if (index < 0) {
perror("index of array can not equals a minus value!");
return -1;
}
buf.sem_num = index;
if (semop(semid ,&buf,1) == -1) {
perror("a wrong operations to semaphore occured!");
return -1;
}
return 0;
}
/*V操作函數(shù)*/
int sem_v(int semid,int index)
{
struct sembuf buf = {0,+1,IPC_NOWAIT};
if (index < 0) {
perror("index of array can not equals a minus value!");
return -1;
}
buf.sem_num = index;
if (semop(semid ,&buf,1) == -1) {
perror("a wrong operations to semaphore occured!");
return -1;
}
return 0;
}
/*刪除信號集函數(shù)*/
int sem_delete(int semid)
{
return (semctl(semid,0,IPC_RMID));
}
/*等待信號集函數(shù)*/
int wait_sem (int semid,int index)
{
while (semctl(semid,index,GETVAL,0) == 0) {
sleep(1);
}
return 1;
}
/*創(chuàng)建共享內(nèi)存函數(shù)*/
int createshm(char * pathname,int proj_id,size_t size)
{
key_t shmkey;
int sid;
/*獲取鍵值*/
if ((shmkey = ftok(pathname,proj_id)) == -1 ) {
perror("shmkey ftok error! \n");
return -1;
}
if ((sid = shmget(shmkey,size,IPC_CREAT | 0666)) == -1) {
perror("shmget call failed!\n");
return -1;
}
return (sid);
}
/* Write.c */
#include <string.h>
#include "sharemem.h"
int main(void)
{
int semid,shmid;
char *shmaddr;
char write_str[SHM_SIZE];
if ((shmid = createshm(".",'m',SHM_SIZE)) == -1) {
exit (1);
}
if ((shmaddr = shmat(shmid,(char*)0,0)) == (char *)-1) {
perror("attach shared memory error!\n");
exit (1);
}
if ((semid = createsem(".",'s',1,1)) == -1) {
exit(1);
}
while(1) {
wait_sem(semid,0);
sem_p(semid,0);
printf("write:");
fgets(write_str,1024,stdin);
int len = strlen(write_str) -1;
write_str[len] = '\0';
strcpy(shmaddr,write_str);
sleep(2); /*使reader處于阻塞狀態(tài)*/
sem_v(semid,0); /*v操作*/
sleep(2); /*等待reader進行讀操作*/
}
return 0;
}
/* Read.c */
#include "sharemem.h"
int main(void)
{
int semid,shmid;
char *shmaddr;
char write_str[SHM_SIZE];
if ((shmid = createshm(".",'m',SHM_SIZE)) == -1) {
exit (1);
}
if ((shmaddr = shmat(shmid,(char*)0,0)) == (char *)-1) {
perror("attach shared memory error!\n");
exit (1);
}
if ((semid = opensem(".",'s')) == -1) {
exit(1);
}
while(1) {
printf("reader:");
wait_sem(semid,0); /*等待信號值為1*/
sem_p(semid,0);
printf("%s\n",shmaddr);
sleep(2); /*使writer處于阻塞狀態(tài)*/
sem_v(semid,0); /*v操作*/
sleep(2); /*等待write進行寫操作*/
}
return 0;
}
