标签：linux进程间通信 共享内存system v 共享内存系统v shared memory
共享内存与其他的进程间通信最大的优点是：数据的复制只有两次，一次是从输入文件到共享内存区，一次从共享内存区到输出文件。而其他的则是需要复制4次：服务器将输入文件读入自己的进程空间，再从自己的进程空间写入管道/消息队列等；客户进程从管道/消息队列中读出数据到自己的进程空间，最后输出到客户指定的文件中。
要使用共享内存，应该有如下步骤：
1.开辟一块共享内存 shmget()
2.允许本进程使用共某块共享内存 shmat()
3.写入/读出
4.禁止本进程使用这块共享内存 shmdt()
5.删除这块共享内存 shmctl()或者使用命令行ipcrm
前一篇的文章中已经介绍过了Posix共享内存(点此链接)，System V共享内存区在概念上与Poisx共享内存区类似，Posix共享内存区的使用是调用shm_open创建共享内存区后调用mmap进行内存区的映射，而System V共享内存区则是调用shmget创建共享内存区然后调用shmat进行内存区的映射。
对每个System V共享内存区，内核会维护一个shmid_ds的数据结构，Linux 2.6.32中的定义如下，参考/usr/include/sys/shm.h。
<sys/shm.h>
typedef unsigned long int shmatt_t; //连接共享内存区的进程数量的数据类型
struct shmid_ds
{
struct ipc_perm shm_perm; //operation permission struct
size_t shm_segsz; //共享存储段的最大字节数
__time_t shm_atime; //time of last shmat()
__time_t shm_dtime; //time of last shmdt()
__time_t shm_ctime; //time of last change by shmctl()
__pid_t shm_cpid; //pid of creator
__pid_t shm_lpid; //pid of last shmop
shmatt_t shm_nattch; //连接共享内存区的进程数
//保留字段
unsigned long int __unused1;
unsigned long int __unused2;
unsigned long int __unused3;
unsigned long int __unused4;
unsigned long int __unused5;
};
#include <sys/shm.h> int shmget( key_t key, size_t size , int shmflg); //成功返回共享内存标识符，失败返回-1
shmget函数用于创建或打开一个共享内存区对象，shmget成功调用会返回一个共享内存区的标识符，供其它的共享内存区操作函数使用。
key：用于创建共享内存区的键值，这个在前面其他System IPC创建的时候已经讨论过了，System IPC都有一个key，作为IPC的外部标识符，创建成功后返回的描述符作为IPC的内部标识符使用。key的主要目的就是使不同进程在同一IPC汇合。
它是这块共享内存的标识符。如果是父子关系的进程间通信的话，这个标识符用IPC_PRIVATE来代替。
key具体说可以有三种方式生成：
· 不同的进程约定好的一个值；
· 通过相同的路径名和项目ID，调用ftok()函数，生成一个键；
· 还可以设置为IPC_PRIVATE，这样就会创建一个新的，唯一的IPC对象；然后将返回的描述符通过某种方式传递给其他进程；
size：指定创建共享内存区的大小，单位是字节。如果实际操作为创建一个共享内存区时，必须指定一个非0值，如果实际操作是访问一个已存在的共享内存区，那么size应为0。因为linux的内存分配操作都是以页为单位的。所以如果一段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)这样，新创建的共享内存的大小实际上是从size这个参数调整而来的页面大小。即如果size为1至4096，则实际申请到的共享内存大小为4K(一页)；4097到8192，则实际申请到的共享内存大小为8K(两页)，依此类推。
shmflg：指定创建或打开消息队列的标志和读写权限（ipc_perm中的mode成员）。我们知道System V IPC定义了自己的操作标志和权限设置标志，而且都是通过该参数传递，这和open函数存在差别，open函数第三个参数mode用于传递文件的权限标志。System V IPC的操作标志包含：IPC_CREAT，IPC_EXCL。
--IPC_CREAT 如果共享内存不存在，则创建一个共享内存，否则打开操作。
--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。
如果单独使用IPC_CREAT，shmget()函数要么返回一个已经存在的共享内存的操作符，要么返回一个新建的共享内存的标识符。
如果将IPC_CREAT和IPC_EXCL标志一起使用，shmget()将返回一个新建的共享内存的标识符；如果该共享内存已存在，或者返回-1。
IPC_EXCL标志本身并没有太大的意义，但是和IPC_CREAT标志一起使用可以用来保证所得的对象是新建的，而不是打开已有的对象。
读写权限如下图：
System V共享内存区的读写权限标志
System V共享内存区在创建后，该size大小的内存区会被初始化为0，这和POSIX共享内存不同，POSIX标准并没有规定新创建的POSIX共享内存区的初始内容。
测试代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
main()
{
key_t lKey;
int nShmId;
if ((lKey = ftok("/etc/profile", 1)) < 0)
{
perror("ftok");
exit(1);
}
if ((nShmId = shmget(lKey, 256, IPC_CREAT | 0666)) == -1)//创建
{
perror("shmget");
exit(2);
}
printf("Shmid=%d\n", nShmId);
return 0;
}输出：通过shmget创建或打开共享内存区对象后，并没有将该共享内存区映射到调用进程的地址空间中，所以无法访问该共享内存区，需要通过shmat函数，将该共享内存区连接到调用进程的地址空间中，才能进行访问，当该进程完成对该共享内存区的访问后，可以调用shmdt断接这个共享内存区，当然进程结束后会自动断接所有连接的共享内存区。下面是shmat和shmdt函数的接口以及说明：
//shmat用于将一个共享内存区连接到调用进程的地址空间中。 #include <sys/shm.h> void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg); //成功返回映射区的起始地址，失败返回-1
shmid：打开的System V共享内存对象的标识符，即那块共享内存的ID。
shmaddr是共享内存的起始地址。shmaddr和shmflg参数共同决定了共享内存区连接到调用进程的具体地址，规则如下：
· shmaddr为空指针：连接的地址由系统内核决定，这是推荐的方法，具有可移植性。
· shmaddr非空：此时还要根据shmflg参数是否指定SHM_RND标志进行判断：
--没有指定SHM_RND：共享内存区连接到调用进程的shmaddr指定的地址；
--指定SHM_RND：共享内存区连接到shmaddr指定地址向下舍入SHMLBA的位置。
shmflg：除了上面说的SHM_RND外，还有可以指定SHM_RDONLY标志，限定只读访问。如果是SHM_RDONLY的话，就是只读模式。其它的是读写模式。一般该标志置为0。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>
typedef struct
{
int n;
char str[256];
} ShmStru;
main()
{
key_t lKey;
int nShmId;
ShmStru *pstru;
if((lKey = ftok("/etc/profile",2)) < 0)
{
perror("ftok");
exit(1);
}
if((nShmId = shmget(lKey,sizeof(ShmStru),IPC_CREAT|0666)) == -1)//创建共享内存
{
perror("shmget");
exit(2);
}
if((pstru = shmat(nShmId,NULL,0)) == (void *)-1)//映射共享内存到本地
{
perror("shmat");
exit(3);
}
pstru->n = 1;//修改共享内存
strcpy(pstru->str,"123456");//向共享内存写入数据
if( shmdt(pstru) == -1)//解除共享内存映射
{
perror("shmdt");
exit(4);
}
return 0;
}
shmdt用于将一个共享内存区从该进程内断接，当一个进程终止时，它连接的所有共享内存区会自动断接。
int shmdt(const void *shmaddr); //成功返回0，失败返回-1
shmaddr是那块共享内存的起始地址。
shmctl函数可以对共享内存区进行多种控制操作，下面是shmctl函数的接口以及说明：
#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf); //成功返回0，失败返回-1
shmid：是共享内存的ID，也即共享内存区的标识符。
cmd：对共享内存区控制操作的命令，Open Group 的SUS定义了一下三个操作命令：
· IPC_SET：改变共享内存的状态。按第三个参数buf所指定的内容，设置共享内存区的操作权限字段的：shm_perm.uid，shm_perm.gid和shm_perm.mode。此命令只能由以下进程执行：有效用户ID等于shm_perm.uid或shm_perm.cuid，以及有超级用户权限的进程。
· IPC_STAT：得到共享内存的状态。获取共享内存区的shmid_ds结构，存放到传入的第三个参数中。
· IPC_RMID：删除共享内存。从系统内核中删除该共享内存区。因为每个共享内存区有一个连接数据的计数，除非连接该共享内存区的最后一个进程断接或终止，否 则该共享内存区不会被实际删除。这和其他的System V IPC，例如System V消息 队列的删除差别很大，倒是和POSIX IPC的xxx_unlink删除操作很相识。调用该命令后，该共享内存区标识符不能再继续被连接。此命令也只能由以下进程执行：有效用户ID等于shm_perm.uid或shm_perm.cuid，以及有超级用户权限的进程。
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。
使用共享内存时，结束程序退出后，如果你没在程序中用shmctl()删除共享内存的话，一定要在命令行下用ipcrm命令删除这块共享内存。你要是不管的话，它就一直在那儿放着了。
下面是创建System V共享内存区和查看其属性的测试代码：
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/shm.h>
#define PATH_NAME "/tmp/shm"
int main()
{
int fd;
if ((fd = open(PATH_NAME, O_CREAT, 0666)) < 0)
{
std::cout << "open file " << PATH_NAME << "failed.";
std::cout << strerror(errno) << std::endl;
return -1;
}
close(fd);
key_t key = ftok(PATH_NAME, 0);
int shmID;
if ((shmID = shmget(key, sizeof(int), IPC_CREAT | 0666)) < 0)
{
std::cout << "shmget failed..." << strerror(errno) << std::endl;
return -1;
}
shmid_ds shmInfo;
shmctl(shmID, IPC_STAT, &shmInfo);
std::cout << "shm key:0x" << std::hex << key << std::dec << key << std::endl;
std::cout << "shm id:" << shmID << std::endl;
std::cout << "shm_segsz:" << shmInfo.shm_segsz << std::endl;
std::cout << "shm_nattch:" << shmInfo.shm_nattch << std::endl;
return 0;
}
执行结果如下：
[root@MiWiFi-R1CM csdnblog]# ./a.out
shm key:0x32aa12970
shm id:65538
shm_segsz:4 //共享内存区的大小
shm_nattch:0 //共享内存区的连接数目
通过ipcs命令查看该新创建的共享内存区对象：
[root@MiWiFi-R1CM csdnblog]# ipcs -m -i 65538
Shared memory Segment shmid=65538
uid=0 gid=0 cuid=0 cgid=0
mode=0666 access_perms=0666
bytes=4 lpid=0 cpid=13414 nattch=0
att_time=Not set
det_time=Not set
change_time=Mon Jun 22 00:21:34 2015
和其中的System V IPC一样，System V共享内存也存在系统的限制，关于系统范围内对共享内存的限制，在Linux 2.6.18 <bits/shm.h>中定义了shminfo结构，该结构显示了系统内核的限制，如下：
#include <bits/shm.h>
struct shminfo
{
unsigned long int shmmax; //一个共享内存区的最大字节数
unsigned long int shmmin; //一个共享内存区的最小字节数
unsigned long int shmmni; //系统范围内的共享内存区对象的最大个数
unsigned long int shmseg; //每个进程连接的最大共享内存区的数目
unsigned long int shmall; //系统范围内的共享内存区的最大页数
unsigned long int __unused1;
unsigned long int __unused2;
unsigned long int __unused3;
unsigned long int __unused4;
};
在Linux 下shmctl中可以指定IPC_INFO来获取上面结构所示的系统范围内的限制。在Linux下，具体的限制值可以通过sysctl来查看，如下：
[root@MiWiFi-R1CM csdnblog]# sysctl -a | grep shm
kernel.shmmax = 4294967295 //一个共享内存区的最大字节数
kernel.shmall = 268435456 //系统范围内的共享内存区的最大页数
kernel.shmmni = 4096 //系统范围内的共享内存区对象的最大个数
..............
一般情况下不需要对System V共享内存区的系统限制进程修改，因为基本可以满足应用需求，如果要在系统范围内对内核限制进行修改，在Linux下面可以通过修改/etc/sysctl.conf 内核参数配置文件，然后配合sysctl命令来对内核参数进行设置。例如下面示例：
[root@MiWiFi-R1CM csdnblog]#echo "kernel.shmmni= 1000" >>/etc/sysctl.conf
[root@MiWiFi-R1CM csdnblog]#sysctl -p
[root@MiWiFi-R1CM csdnblog]#sysctl -a |grep shm
kernel.shmmni = 1000
kernel.shmall = 268435456
kernel.shmmax = 4294967295
下面是System V共享内存区的使用示例，进程1通过共享内存区向进程2发送一条消息，对共享内存区的同步采用System V信号量来完成。
测试代码如下：
//进程1
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
using namespace std;
#define PATH_NAME "/tmp/shm"
union semun
{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short int *array;
struct seminfo *__buf;
};
int main()
{
int fd;
if ((fd = open(PATH_NAME, O_RDONLY | O_CREAT, 0666)) < 0)
{
cout << "open file " << PATH_NAME << "failed.";
cout << strerror(errno) << endl;
return -1;
}
close(fd);
key_t keyShm = ftok(PATH_NAME, 0);
key_t keySem = ftok(PATH_NAME, 1);
int shmID, semID;
if ((shmID = shmget(keyShm, sizeof(int), IPC_CREAT | 0666)) < 0)
{
cout << "shmget failed." << strerror(errno) << endl;
return -1;
}
int *buf = (int *)shmat(shmID, 0, 0);
if ((semID = semget(keySem, 1, IPC_CREAT | 0666)) < 0)
{
cout << "semget failed." << strerror(errno) << endl;
return -1;
}
semun arg;
arg.val = 0; //初始化信号量资源的数目为0
if (semctl(semID, 0, SETVAL, arg) < 0)
{
cout << "semctl error " << strerror(errno) << endl;
return -1;
}
struct sembuf buffer;
buffer.sem_num = 0;
buffer.sem_op = 1;
buffer.sem_flg = 0;
*buf = 12345678;
cout << "process 1:send " << *buf << endl;
//将信号量资源加1，以表示共享内存区内已有资源
semop(semID, &buffer, 1);
return 0;
}
//进程2
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
using namespace std;
#define PATH_NAME "/tmp/shm"
union semun
{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short int *array;
struct seminfo *__buf;
};
int main()
{
int fd;
if ((fd = open(PATH_NAME, O_RDONLY)) < 0)
{
cout << "open file " << PATH_NAME << "failed.";
cout << strerror(errno) << endl;
return -1;
}
close(fd);
key_t keyShm = ftok(PATH_NAME, 0);
key_t keySem = ftok(PATH_NAME, 1);
int shmID, semID;
if ((shmID = shmget(keyShm, sizeof(int), 0)) < 0)
{
cout << "shmget failed..." << strerror(errno) << endl;
return -1;
}
int *buf = (int *)shmat(shmID, 0, 0);
if ((semID = semget(keySem, 1, 0)) < 0)
{
cout << "semget failed..." << strerror(errno) << endl;
return -1;
}
struct sembuf buffer;
buffer.sem_num = 0;
buffer.sem_op = -1;
buffer.sem_flg = 0;
//获得信号量资源
semop(semID, &buffer, 1);
cout << "process 2:recv " << *buf << endl;
return 0;
}
测试结果为：
[root@MiWiFi-R1CM csdnblog]# ./test1
process 1:send 12345678
[root@MiWiFi-R1CM csdnblog]# ./test2
process 2:recv 12345678
标签：linux进程间通信 共享内存system v 共享内存系统v shared memory
原文地址：http://blog.csdn.net/shltsh/article/details/46586173
