【武漢華嵌】Linux進程間通信之共享內存

crcrwxy

作者：武漢華嵌  技術部

        共享內存區是可用IPC形式中最快的。一旦這樣的內存區映射到共享它的進程的地址空間，這些進程間數據的傳遞就不再涉及內核（這里說的不涉及內核的含義是：進程不再通過執行任何進入內核的系統調用來彼此傳遞數據）。然而往該共享內存區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：
file:///C:/DOCUME~1/jack/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.png

對于System V共享內存區，內核維護如下的信息結構，它定義在頭文件中：
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：

• 創建一個新的共享內存區，或者訪問一個已存在的共享內存區。

#include
int shmget(key_t key, size_t size, into flag);
size以字節為單位指定內存區的大小。當實際操作為創建一個新的共享內存區時，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，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。
當實際操作為創建一個共享內存區時，該內存區被初始化為size字節的0。

• 由shmget創建或打開一個共享內存區后，通過調用shmat把它附接到調用進程的地址空間。

#include
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在調用進程內的起始地址。確定這個地址的規則如下：

• 如果shmaddr是一個空指針，那么系統替調用者選擇地址。（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參數指定了SHM_RND:
  • 如果沒有指定SHM_RND，那么相應的共享內存區附接到由shmaddr參數指定的地址；
  • 如果指定了SHM_RND,那么相應的共享內存區附接到由shmaddr參數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的使用時，它可調用shmdt斷接這個內存區。

#include
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都自動斷接掉。
注意：本函數調用并不刪除所指定的共享內存區。

• shmctl提供了對一個共享內存區的多種操作。

#icnldue
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buff);
該函數提供了三個命令：
IPC_RMID  從系統中刪除由shmid標識的共享內存區并拆除它。
IPC_SET    給所描寫的共享內存區設置其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：

• 發關進程的部份代碼：

//創建一個共享內存區
if((shmid1 = shmget(shmkey1, MAX_SHEARE_MEM_SIZE, IPC_CREAT|0666)) < 0)
{
           perror("shmget");
}
//把共享內存區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
           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))
           {
                    //往共享內存區放入數據
                    strncpy(sharmem, buff, MAX_SHEARE_MEM_SIZE);
                    sem_v(semid2);  //semid2進行v操作，釋放對共享區的保護
           }
           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
           memset(buff, 0, MAX_SHEARE_MEM_SIZE);
           strncpy(buff, sharmem, MAX_SHEARE_MEM_SIZE); //從共享內存區取出數據
           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，釋放對共享區的保護
}
//刪除共享內存區
if((shmctl(shmid1, IPC_RMID, NULL)) < 0)
{
           perror("shmctl");
}

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