【武漢華嵌】Linux進(jìn)程間通信之共享內(nèi)存

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作者：武漢華嵌  技術(shù)部

        共享內(nèi)存區(qū)是可用IPC形式中最快的。一旦這樣的內(nèi)存區(qū)映射到共享它的進(jìn)程的地址空間，這些進(jìn)程間數(shù)據(jù)的傳遞就不再涉及內(nèi)核（這里說的不涉及內(nèi)核的含義是：進(jìn)程不再通過執(zhí)行任何進(jìn)入內(nèi)核的系統(tǒng)調(diào)用來彼此傳遞數(shù)據(jù)）。然而往該共享內(nèi)存區(qū)存放信息或從中取走信息的進(jìn)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(jìn)入內(nèi)核，而一個不進(jìn)入內(nèi)核的情況：
file:///C:/DOCUME~1/jack/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.png

對于System V共享內(nèi)存區(qū)，內(nèi)核維護(hù)如下的信息結(jié)構(gòu)，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(nèi)存進(jìn)行操作呢，以下就開始講解如何來操作：

• 創(chuàng)建一個新的共享內(nèi)存區(qū)，或者訪問一個已存在的共享內(nèi)存區(qū)。

#include
int shmget(key_t key, size_t size, into flag);
size以字節(jié)為單位指定內(nèi)存區(qū)的大小。當(dāng)實(shí)際操作為創(chuàng)建一個新的共享內(nèi)存區(qū)時，必須指定一個不為0的size值。如果實(shí)際操作為訪問一個已存在的共享內(nèi)存區(qū)，那么size應(yīng)為0。
oflag為讀寫權(quán)限值的組合。它還可以與IPC_CREAT或IPC_CREAT|IPC_EXCL按位或。
當(dāng)實(shí)際操作為創(chuàng)建一個共享內(nèi)存區(qū)時，該內(nèi)存區(qū)被初始化為size字節(jié)的0。

• 由shmget創(chuàng)建或打開一個共享內(nèi)存區(qū)后，通過調(diào)用shmat把它附接到調(diào)用進(jìn)程的地址空間。

#include
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int flag);
shmid是由shmget返回的標(biāo)識符。Shmat的返回值是所指定的共享內(nèi)存區(qū)在調(diào)用進(jìn)程內(nèi)的起始地址。確定這個地址的規(guī)則如下：

• 如果shmaddr是一個空指針，那么系統(tǒng)替調(diào)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(diào)用者是否給flag參數(shù)指定了SHM_RND:
  • 如果沒有指定SHM_RND，那么相應(yīng)的共享內(nèi)存區(qū)附接到由shmaddr參數(shù)指定的地址；
  • 如果指定了SHM_RND,那么相應(yīng)的共享內(nèi)存區(qū)附接到由shmaddr參數(shù)指定的地址向下舍入一個SHMLBA常值。
• 當(dāng)一個進(jìn)程完成共享內(nèi)存區(qū)的使用時，它可調(diào)用shmdt斷接這個內(nèi)存區(qū)。

#include
int shmdt(const void *shmaddr);
當(dāng)一個進(jìn)程終止時，它當(dāng)前附接著的所有共享內(nèi)存區(qū)都自動斷接掉。
注意：本函數(shù)調(diào)用并不刪除所指定的共享內(nèi)存區(qū)。

• shmctl提供了對一個共享內(nèi)存區(qū)的多種操作。

#icnldue
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buff);
該函數(shù)提供了三個命令：
IPC_RMID  從系統(tǒng)中刪除由shmid標(biāo)識的共享內(nèi)存區(qū)并拆除它。
IPC_SET    給所描寫的共享內(nèi)存區(qū)設(shè)置其shmid_ds結(jié)構(gòu)的某些成員。
IPC_STAT   向調(diào)用者返回所指定共享內(nèi)存區(qū)當(dāng)前的shmid_ds結(jié)構(gòu)。

以下是共享內(nèi)存結(jié)合信號量進(jìn)行操作的部份代碼：

• 發(fā)關(guān)進(jìn)程的部份代碼：

//創(chuàng)建一個共享內(nèi)存區(qū)
if((shmid1 = shmget(shmkey1, MAX_SHEARE_MEM_SIZE, IPC_CREAT|0666)) < 0)
{
           perror("shmget");
}
//把共享內(nèi)存區(qū)附接到調(diào)用進(jìn)程的地址空間
if((sharmem = shmat(shmid1, NULL, 0)) < 0)
{
           perror("shmat");
}

while(1)
{
           sem_p(semid1);   //semid1進(jìn)行p操作，保護(hù)共享區(qū)
           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(nèi)存區(qū)放入數(shù)據(jù)
                    strncpy(sharmem, buff, MAX_SHEARE_MEM_SIZE);
                    sem_v(semid2);  //semid2進(jìn)行v操作，釋放對共享區(qū)的保護(hù)
           }
           else
           {
                    strncpy(sharmem, buff, MAX_SHEARE_MEM_SIZE);
                    sem_v(semid2);
                    break;
           }
}

• 接收進(jìn)程部份代碼：

while(1)
{
           sem_p(semid2);  //semid2進(jìn)行p操作，保護(hù)共享區(qū)
           memset(buff, 0, MAX_SHEARE_MEM_SIZE);
           strncpy(buff, sharmem, MAX_SHEARE_MEM_SIZE); //從共享內(nèi)存區(qū)取出數(shù)據(jù)
           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(jìn)行v操作，釋放對共享區(qū)的保護(hù)
}
//刪除共享內(nèi)存區(qū)
if((shmctl(shmid1, IPC_RMID, NULL)) < 0)
{
           perror("shmctl");
}

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