【武漢華嵌】Linux進程間通信之共享內存

作者：武漢華嵌技術部

 

        共享內存區(qū)是可用IPC形式中最快的。一旦這樣的內存區(qū)映射到共享它的進程的地址空間，這些進程間數(shù)據(jù)的傳遞就不再涉及內核（這里說的不涉及內核的含義是：進程不再通過執(zhí)行任何進入內核的系統(tǒng)調用來彼此傳遞數(shù)據(jù)）。然而往該共享內存區(qū)存放信息或從中取走信息的進程間通常需要某種形式的同步，同步的方式有多種，比如：信號量、互斥鎖等等。

 

 

以下兩圖分別描述了讀寫消息時，一個要進入內核，而一個不進入內核的情況：



 

對于System V共享內存區(qū)，內核維護如下的信息結構，它定義在<sys/shm.h>頭文件中：

struct shmid_ds{

struct ipc_perm      shm_perm;    /* operation permission struct */

size_t              shm_segsz;     /* segment size */

.

.

.

};

 

有了以上的知識，那么如何來對共享內存進行操作呢，以下就開始講解如何來操作：

創(chuàng)建一個新的共享內存區(qū)，或者訪問一個已存在的共享內存區(qū)。 
#include <sys/shm.h>

int shmget(key_t key, size_t size, into flag);

size以字節(jié)為單位指定內存區(qū)的大小。當實際操作為創(chuàng)建一個新的共享內存區(qū)時，必須指定一個不為0的size值。如果實際操作為訪問一個已存在的共享內存區(qū)，那么size應為0。

oflag為讀寫權限值的組合。它還可以與IPC_CREAT或IPC_CREAT|IPC_EXCL按位或。

當實際操作為創(chuàng)建一個共享內存區(qū)時，該內存區(qū)被初始化為size字節(jié)的0。

由shmget創(chuàng)建或打開一個共享內存區(qū)后，通過調用shmat把它附接到調用進程的地址空間。 
#include <sys/shm.h>

void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int flag);

shmid是由shmget返回的標識符。Shmat的返回值是所指定的共享內存區(qū)在調用進程內的起始地址。確定這個地址的規(guī)則如下：

如果shmaddr是一個空指針，那么系統(tǒng)替調用者選擇地址。（這個是推薦的方法） 
如果shmaddr是一個非空指針，那么返回地址取決于調用者是否給flag參數(shù)指定了SHM_RND: 
如果沒有指定SHM_RND，那么相應的共享內存區(qū)附接到由shmaddr參數(shù)指定的地址； 
如果指定了SHM_RND,那么相應的共享內存區(qū)附接到由shmaddr參數(shù)指定的地址向下舍入一個SHMLBA常值。 
當一個進程完成共享內存區(qū)的使用時，它可調用shmdt斷接這個內存區(qū)。 
#include <sys/shm.h>

int shmdt(const void *shmaddr);

當一個進程終止時，它當前附接著的所有共享內存區(qū)都自動斷接掉。

注意：本函數(shù)調用并不刪除所指定的共享內存區(qū)。

shmctl提供了對一個共享內存區(qū)的多種操作。 
#icnldue <sys/shm.h>

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buff);

該函數(shù)提供了三個命令：

IPC_RMID  從系統(tǒng)中刪除由shmid標識的共享內存區(qū)并拆除它。

IPC_SET    給所描寫的共享內存區(qū)設置其shmid_ds結構的某些成員。

IPC_STAT   向調用者返回所指定共享內存區(qū)當前的shmid_ds結構。

 

以下是共享內存結合信號量進行操作的部份代碼：

 

發(fā)關進程的部份代碼： 
//創(chuàng)建一個共享內存區(qū)

if((shmid1 = shmget(shmkey1, MAX_SHEARE_MEM_SIZE, IPC_CREAT|0666)) < 0)

{

           perror("shmget");

}

//把共享內存區(qū)附接到調用進程的地址空間

if((sharmem = shmat(shmid1, NULL, 0)) < 0)

{

           perror("shmat");

}

 

while(1)

{

           sem_p(semid1);   //semid1進行p操作，保護共享區(qū)

           memset(buff, 0, MAX_SHEARE_MEM_SIZE);

           printf("Input ou want to say with you friend!\n");

           fgets(buff, MAX_SHEARE_MEM_SIZE, stdin);

           if(strncmp(buff, "quit", 4))

           {

                    //往共享內存區(qū)放入數(shù)據(jù)

                    strncpy(sharmem, buff, MAX_SHEARE_MEM_SIZE);

                    sem_v(semid2);  //semid2進行v操作，釋放對共享區(qū)的保護

           }

           else

           {

                    strncpy(sharmem, buff, MAX_SHEARE_MEM_SIZE);

                    sem_v(semid2);

                    break;

           }

}

接收進程部份代碼： 
while(1)

{

           sem_p(semid2);  //semid2進行p操作，保護共享區(qū)

           memset(buff, 0, MAX_SHEARE_MEM_SIZE);

           strncpy(buff, sharmem, MAX_SHEARE_MEM_SIZE); //從共享內存區(qū)取出數(shù)據(jù)

           printf("receive from you friend : %s\n", buff);

           if(!strncmp(buff, "quit", 4))

           {

                    del_sem(semid1);

                    del_sem(semid2);             

                    break;

           }

           sem_v(semid1);  //semid1進行v操作，釋放對共享區(qū)的保護

}

//刪除共享內存區(qū)

if((shmctl(shmid1, IPC_RMID, NULL)) < 0)

{

           perror("shmctl");

}