linux 共享内存（转）

摘要: linux 共享内存

可以说，共享内存是一种最为高效的进程间通信方式，因为进程可以直接读写内存，不需要任何数据的复制。为了在多个进程间交换信息，内核专门留出了一 块内存区，这段内存区可以由需要访问的进程将其映射到自己的私有地址空间。因此，进程就可以直接读写这一内存区而不需要进行数据的复制，从而大大提高了效 率。当然，由于多个进程共享一段内存，因此也需要依靠某种同步机制，如互斥锁和信号量等。其原理示意图如图1所示。



图1 共享内存原理示意图
共享内存的实现分为两个步骤：第一步是创建共享内存，这里用到的函数是shmget()，也就是从内存中获得一段共享内存区域；第 二步是映射共享内存，也就是把这段创建的共享内存映射到具体的进程空间中，这里使用的函数是shmat()。到这里，就可以使用这段共享内存了，也就是可 以使用不带缓冲的I/O读写命令对其进行操作。除此之外，还有撤销映射的操作，其函数为shmdt()。这里主要介绍这3个函数。

表1 列举了shmget()函数的语法要点。





以下实例说明了如何使用基本的共享内存函数。首先创建一个共享内存区（采用的共享内存的键值为IPC_PRIVATE，是因为本实例中创建的共享内存是父子进程间的共用部分），然后创建子进程，在父子两个进程中将共享内存分别映射到各自的进程地址空间中。

父进程先等待用户输入，然后将用户输入的字符串写入到共享内存，之后向共享内存的头部写入“WROTE”字符串表示父进程已成功写 入数据。子进程一直等到共享内存的头部字符串为“WROTE”，然后将共享内存的有效数据（在父进程中用户输入的字符串）在屏幕上打印。父子两个进程在完 成以上工作后，分别解除与共享内存的映射关系。

最后在子进程中删除共享内存。因为共享内存自身并不提供同步机制，所以应额外实现不同进程间的同步（如信号量）。为了简单起见，在本实例中用标志字符串来实现非常简单的父子进程间的同步。

这里要介绍的一个命令是ipcs，用于报告进程间通信机制状态，它可以查看共享内存、消息队列等各种进程间通信机制的情况，这里使用了system()函数调用shell命令“ipcs”。程序源代码如下：

/* shmem.c */

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/shm.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#define BUFFER_SIZE 2048

int main()

{

pid_t pid;

int shmid;

char *shm_addr;

char flag[] = "WROTE";

char *buff;

/* 创建共享内存 */

if ((shmid = shmget(IPC_PRIVATE, BUFFER_SIZE, 0666)) < 0)

{

perror("shmget");

exit(1);

}

else

{

printf("Create shared-memory: %d\n",shmid);

}

/* 显示共享内存情况 */

system("ipcs -m");

pid = fork();

if (pid == -1)

{

perror("fork");

exit(1);

}

else if (pid == 0) /* 子进程处理 */

{

/* 映射共享内存 */

if ((shm_addr = shmat(shmid, 0, 0)) == (void*)-1)

{

perror("Child: shmat");

exit(1);

}

else

{

printf("Child: Attach shared-memory: %p\n", shm_addr);

}

system("ipcs -m");

/* 通过检查在共享内存的头部是否有标志字符串“WROTE”来确认父进程已经向共享内存写入有效数据 */

while (strncmp(shm_addr, flag, strlen(flag)))

{

printf("Child: Wait for enable data...\n");

sleep(5);

}

/* 获取共享内存的有效数据并显示 */

strcpy(buff, shm_addr + strlen(flag));

printf("Child: Shared-memory :%s\n", buff);

/* 解除共享内存映射 */

if ((shmdt(shm_addr)) < 0)

{

perror("shmdt");

exit(1);

}

else

{

printf("Child: Deattach shared-memory\n");

}

system("ipcs -m");

/* 删除共享内存 */

if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1)

{

perror("Child: shmctl(IPC_RMID)\n");

exit(1);

}

else

{

printf("Delete shared-memory\n");

}

system("ipcs -m");

}

else /* 父进程处理 */

{

/* 映射共享内存 */

if ((shm_addr = shmat(shmid, 0, 0)) == (void*)-1)

{

perror("Parent: shmat");

exit(1);

}

else

{

printf("Parent: Attach shared-memory: %p\n", shm_addr);

}

sleep(1);

printf("\nInput some string:\n");

fgets(buff, BUFFER_SIZE, stdin);

strncpy(shm_addr + strlen(flag), buff, strlen(buff));

strncpy(shm_addr, flag, strlen(flag));

/* 解除共享内存映射 */

if ((shmdt(shm_addr)) < 0)

{

perror("Parent: shmdt");

exit(1);

}

else

{

printf("Parent: Deattach shared-memory\n");

}

system("ipcs -m");

waitpid(pid, NULL, 0);

printf("Finished\n");

}

exit(0);

}

下面是运行结果，从该结果中可以看出，nattch的值随着共享内存状态的变化而变化，共享内存的值根据不同的系统会有所不同。

$ ./shmem

Create shared-memory: 753665

/* 在刚创建共享内存时（尚未有任何地址映射）共享内存的情况 */

------ Shared Memory Segments --------

key        shmid    owner    perms    bytes    nattch    status

0x00000000 753665   david    666      2048      0

Child: Attach shared-memory: 0xb7f59000 /* 共享内存的映射地址 */

Parent: Attach shared-memory: 0xb7f59000

/* 在父子进程中进行共享内存的地址映射后共享内存的情况 */

------ Shared Memory Segments --------

key        shmid    owner    perms    bytes    nattch    status

0x00000000 753665   david    666      2048      2

Child: Wait for enable data...

Input some string:

Hello /* 用户输入字符串“Hello” */

Parent: Deattach shared-memory

/* 在父进程中解除共享内存的映射关系后共享内存的情况 */

------ Shared Memory Segments --------

key        shmid    owner    perms    bytes    nattch    status

0x00000000 753665   david    666      2048      1

/* 在子进程中读取共享内存的有效数据并打印 */

Child: Shared-memory :hello

Child: Deattach shared-memory

/* 在子进程中解除共享内存的映射关系后共享内存的情况 */

------ Shared Memory Segments --------

key        shmid    owner    perms    bytes    nattch    status

0x00000000 753665   david    666      2048      0

Delete shared-memory

/* 在删除共享内存后共享内存的情况 */

------ Shared Memory Segments --------

key        shmid    owner    perms    bytes    nattch    status

Finished

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