Linux如何實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間共享內(nèi)存

共享內(nèi)存就是允許兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程共享一定的存儲(chǔ)區(qū)。就如同 malloc() 函數(shù)向不同進(jìn)程返回了指向同一個(gè)物理內(nèi)存區(qū)域的指針。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程改變了這塊地址中的內(nèi)容的時(shí)候，其它進(jìn)程都會(huì)察覺到這個(gè)更改。因?yàn)閿?shù)據(jù)不需要在客戶機(jī)和服務(wù)器端之間復(fù)制，數(shù)據(jù)直接寫到內(nèi)存，不用若干次數(shù)據(jù)拷貝，所以這是最快的一種IPC。

共享內(nèi)存 IPC 原理

共享內(nèi)存進(jìn)程間通信機(jī)制主要用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間大量的數(shù)據(jù)傳輸，下圖所示為進(jìn)程間使用共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖疽鈭D：

共享內(nèi)存是在內(nèi)存中單獨(dú)開辟的一段內(nèi)存空間，這段內(nèi)存空間有自己特有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括訪問權(quán)限、大小和最近訪問的時(shí)間等。該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下：

from /usr/include/linux/shm.h

struct shmid_ds {
struct ipc_perm shm_perm; /* operation perms 操作權(quán)限 */
int shm_segsz; /* size of segment (bytes) 段長度大小 */
__kernel_time_t shm_atime; /* last attach time 最近attach時(shí)間 */
__kernel_time_t shm_dtime; /* last detach time 最近detach時(shí)間 */
__kernel_time_t shm_ctime; /* last change time 最近c(diǎn)hange時(shí)間 */
__kernel_ipc_pid_t shm_cpid; /* pid of creator 創(chuàng)建者pid */
__kernel_ipc_pid_t shm_lpid; /* pid of last operator 最近操作pid */
unsigned short shm_nattch; /* no. of current attaches */
unsigned short shm_unused; /* compatibility */
void *shm_unused2; /* ditto - used by DIPC */
void *shm_unused3; /* unused */
};

兩個(gè)進(jìn)程在使用此共享內(nèi)存空間之前，需要在進(jìn)程地址空間與共享內(nèi)存空間之間建立聯(lián)系，即將共享內(nèi)存空間掛載到進(jìn)程中。

系統(tǒng)對共享內(nèi)存做了以下限制：

#define SHMMAX 0x2000000 /* max shared seg size (bytes) 最大共享段大小 */#define SHMMIN 1 /* min shared seg size (bytes) 最小共享段大小 */#define SHMMNI 4096 /* max num of segs system wide */#define SHMALL (SHMMAX/getpagesize()*(SHMMNI/16))#define SHMSEG SHMMNI /* max shared segs per process */

Linux 共享內(nèi)存管理

1.創(chuàng)建共享內(nèi)存

#include  #include

/* * 第一個(gè)參數(shù)為 key 值，一般由 ftok() 函數(shù)產(chǎn)生 * 第二個(gè)參數(shù)為欲創(chuàng)建的共享內(nèi)存段大小(單位為字節(jié)) * 第三個(gè)參數(shù)用來標(biāo)識(shí)共享內(nèi)存段的創(chuàng)建標(biāo)識(shí) */

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

2.共享內(nèi)存控制

#include  #include

/* * 第一個(gè)參數(shù)為要操作的共享內(nèi)存標(biāo)識(shí)符 * 第二個(gè)參數(shù)為要執(zhí)行的操作 * 第三個(gè)參數(shù)為 shmid_ds 結(jié)構(gòu)的臨時(shí)共享內(nèi)存變量信息 */

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

3.映射共享內(nèi)存對象

系統(tǒng)調(diào)用 shmat() 函數(shù)實(shí)現(xiàn)將一個(gè)共享內(nèi)存段映射到調(diào)用進(jìn)程的數(shù)據(jù)段中，并返回內(nèi)存空間首地址，其函數(shù)聲明如下：

#include #include

/* * 第一個(gè)參數(shù)為要操作的共享內(nèi)存標(biāo)識(shí)符 * 第二個(gè)參數(shù)用來指定共享內(nèi)存的映射地址，非0則為此參數(shù)，為0的話由系統(tǒng)分配 * 第三個(gè)參數(shù)用來指定共享內(nèi)存段的訪問權(quán)限和映射條件 */

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

4.分離共享內(nèi)存對象

在使用完畢共享內(nèi)存空間后，需要使用 shmdt() 函數(shù)調(diào)用將其與當(dāng)前進(jìn)程分離。函數(shù)聲明如下：

#include #include

/* * 參數(shù)為分配的共享內(nèi)存首地址 */

int shmdt(const void *shmaddr);

共享內(nèi)存在父子進(jìn)程間遵循的約定

1.使用 fork() 函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程后，該進(jìn)程繼承父親進(jìn)程掛載的共享內(nèi)存。

2.如果調(diào)用 exec() 執(zhí)行一個(gè)新的程序，則所有掛載的共享內(nèi)存將被自動(dòng)卸載。

3.如果在某個(gè)進(jìn)程中調(diào)用了 exit() 函數(shù)，所有掛載的共享內(nèi)存將與當(dāng)前進(jìn)程脫離關(guān)系。

程序?qū)嵗?/span>

申請一段共享內(nèi)存，父進(jìn)程在首地址處存入一整數(shù)，子進(jìn)程讀出。

#include#include #include #include #include#include#define SHM_SIZE 1024int main()
{
int shm_id, pid;
int *ptr = NULL;

/* 申請共享內(nèi)存 */

shm_id = shmget((key_t)1004, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0600);

/* 映射共享內(nèi)存到進(jìn)程地址空間 */

ptr = (int*)shmat(shm_id, 0, 0);printf("Attach addr is %p \n", ptr);

*ptr = 1004;printf("The Value of Parent is : %d \n", *ptr);if((pid=fork()) == -1){
perror("fork Err");exit(0);
}else if(!pid){printf("The Value of Child is : %d \n", *ptr);exit(0);
}else{
sleep(1);

/* 解除映射 */

shmdt(ptr);

/* 刪除共享內(nèi)存 */

shmctl(shm_id, IPC_RMID, 0);
}return 0;
}

輸出結(jié)果：