一)概念:
1)Linux和所有的UNIX操作系统都允许通过共享内存在应用程序之间共享存储空间.
2)有两类基本的API函数用于在进程间共享内存:System v和POSIX.
3)这两类函数上使用相同的原则,核心思想就是任何要被共享的内存都必须经过显示的分配.
4)因为所有进程共享同一块内存,共享内存在各种进程间通信方式中具有最高的效率.
5)内核没有对访问共享内存进行同步,所以必须提供自己的同步措施,比如数据在写入之前,不允许其它进程对其进行读写.我们这里用wait来解决这个问题.
二)POSIX共享内存API
1)函数shm_open和shm_unlink非常类似于为普通文件所提供的open和unlink系统调用.
2)如果要编写一个可移植的程序,那么shm_open和shm_unlink是最好的选择.
3)shm_open:创建一个新的共享区域或者附加在已有的共享区域上.区域被其名字标识,函数返回各文件的描述符.
4)shm_unlink:类似于unlink系统调用对文件进行操作,直到所有的进程不再引用该内存区后才对其进行释放.
5)mmap:用于将一个文件映射到某一内存区中,其中也使用了shm_open函数返回的文件描述符.
6)munmap:用于释放mmap所映射的内存区域.
7)msync:同步存取一个映射区域并将高速缓存的数据回写到物理内存中,以便其他进程可以监听这些改变.
源程序1
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/file.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/wait.h>
void error_out(const char *msg)
{
perror(msg);
exit(EXIT_FAILURE);
}
int main (int argc, char *argv[])
{
int r;
const char *memname = "/mymem";
const size_t region_size = sysconf(_SC_PAGE_SIZE);
int fd = shm_open(memname, O_CREAT|O_TRUNC|O_RDWR, 0666);
if (fd == -1)
error_out("shm_open");
r = ftruncate(fd, region_size);
if (r != 0)
error_out("ftruncate");
void *ptr = mmap(0, region_size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (ptr == MAP_FAILED)
error_out("MMAP");
close(fd);
pid_t pid = fork();
if (pid == 0){
u_long *d = (u_long *)ptr;
*d = 0xdeadbeef;
exit(0);
}
else{
int status;
waitpid(pid, &status, 0);
printf("child wrote %#lx/n", *(u_long *)ptr);
}
sleep(50);
r = munmap(ptr, region_size);
if (r != 0)
error_out("munmap");
r = shm_unlink(memname);
if (r != 0)
error_out("shm_unlink");
return 0;
}
编译:
gcc -o postix-shm postix-shm.c -lrt
./postix-shm
child wrote 0xdeadbeef
等50秒后,程序退出.
程序分析:
1)程序执行shm_open函数创建了共享内存区域,此时会在/dev/shm/创建mymem文件.
2)通过ftruncate函数改变shm_open创建共享内存的大小为页大小(sysconf(_SC_PAGE_SIZE)),如果不执行ftruncate函数的话,会报Bus error的错误.
3)通过mmap函数将创建的mymem文件映射到内存.
4)通过fork派生出子进程,而共享区域映射通过fork调用而被继承.
5)程序通过wait系统调用来保持父进程与子进程的同步.
6)在非父子进程也可以通过共享内存区域的方式进行通讯.
Linux共享内存的实现依赖于共享内存文件系统,该文件系统通常装载在/dev/shm,在调用shm_open系统函数的时候,会在/dev/shm/目录下生成mymem文件.
而后程序调用shm_unlink删除mymem,这里如果卸载掉/dev/shm挂载点会怎么样呢？
查看分区信息
df -h
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda1 19G 973M 17G 6% /
tmpfs 253M 0 253M 0% /lib/init/rw
udev 10M 88K 10M 1% /dev
tmpfs 253M 0 253M 0% /dev/shm
卸载/dev/shm
umount /dev/shm/
./posix-shm &
child wrote 0xdeadbeef
[1] 15476
ls -l /dev/shm/mymem
-rw-r--r-- 1 root root 4096 2010-10-26 14:25 /dev/shm/mymem
我们看到shm_open只是在/dev/shm下创建文件.而不管/dev/shm是否是用tmpfs类型挂载的分区.
如果删除/dev/shm呢?
rmdir /dev/shm
再次执行posix-shm
./posix-shm &
child wrote 0xdeadbeef
此时程序找不到/dev/shm,而在/dev/目录下建立共享内存文件
ls -l /dev/mymem
-rw-r--r-- 1 root root 4096 2010-10-26 14:29 /dev/mymem
三)System V共享内存 API
1)System V API广泛应用于X windows系统及其扩展版本中,许多X应用程序也使用它.
2)shmget:创建一个新的共享区域或者附加在已有的共享区域上(同shm_open).
3)shmat:用于将一个文件映射到内存区域中(同mmap).
4)shmdt:用于释放所映射的内存区域(同munmap)
5)shmctl:对于多个用户,断开其对共享区域的连接(同shm_unlink)
源程序2:
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/wait.h>
void error_out(const char *msg)
{
perror(msg);
exit(EXIT_FAILURE);
}
int main (int argc, char *argv[])
{
key_t mykey = 12345678;
const size_t region_size = sysconf(_SC_PAGE_SIZE);
int smid = shmget(mykey, region_size, IPC_CREAT|0666);
if(smid == -1)
error_out("shmget");
void *ptr;
ptr = shmat(smid, NULL, 0);
if (ptr == (void *) -1)
error_out("shmat");
pid_t pid = fork();
if (pid == 0){
u_long *d = (u_long *)ptr;
*d = 0xdeadbeef;
exit(0);
}
else{
int status;
waitpid(pid, &status, 0);
printf("child wrote %#lx/n", *(u_long *)ptr);
}
sleep(30);
int r = shmdt(ptr);
if (r == -1)
error_out("shmdt");
r = shmctl(smid, IPC_RMID, NULL);
if (r == -1)
error_out("shmdt");
return 0;
}
gcc sysv-shm.c -o sysv-shm -lrt
./sysv-shm
child wrote 0xdeadbeef
程序分析:
1)shmget函数使用的key_t变量在功能上等价于shm_open使用的文件名,由shmget返回的smid在功能上等价于shm_open返回的文件描述符.
2)不同于POSIX API所创建的内存区,System V API创建的内存区在任何文件系统中都是不可见的.
3)可以用ipcs管理System V API共享内存.
