linux 共享内存

        共享内存允许两个或多个进程进程共享同一块内存(这块内存会映射到各个进程自己独立的地址空间)从而使得这些进程可以相互通信。在GNU/Linux中所有的进程都有  唯一的虚拟地址空间，而共享内存应用编程接口API允许一个进程使用公共内存区段。但是对内存的共享访问其复杂度也相应增加。共享内存的优点是简易性。使用消息队列时   ，一个进程要向队列中写入消息，这要引起从用户地址空间向内核地址空间的一次复制，同样一个进程进行消息读取时也要进行一次复制。共享内存的优点是完全省去了这些操  作。  共享内存会映射到进程的虚拟地址空间，进程对其可以直接访问，避免了数据的复制过程。  因此，共享内存是GNU/Linux现在可用的最快速的IPC机制。  进程退出时会自动和已经挂接的共享内存区段分离，但是仍建议当进程不再使用共享区段时  调用shmdt来卸载区段。  注意，当一个进程分支出父进程和子进程时，父进程先前创建的所有共享内存区段都会被子进程继承。  如果区段已经做了删除标记(在前面以IPC——RMID指令调用shmctl)，而当前挂接数已经变为0，  这个区段就会被移除。

linux 提供了四个函数来完成上述功能

1、shmget

     

shmget(得到一个共享内存标识符或创建一个共享内存对象)

所需头文件

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/shm.h>

函数说明

得到一个共享内存标识符或创建一个共享内存对象并返回共享内存标识符

函数原型

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

函数传入值

key

0(IPC_PRIVATE)：会建立新共享内存对象

大于0的32位整数：视参数shmflg来确定操作。通常要求此值来源于ftok返回的IPC键值

size

大于0的整数：新建的共享内存大小，以字节为单位

0：只获取共享内存时指定为0

shmflg

0：取共享内存标识符，若不存在则函数会报错

IPC_CREAT：当shmflg&IPC_CREAT为真时，如果内核中不存在键值与key相等的共享内存，则新建一个共享内存；如果存在这样的共享内存，返回此共享内存的标识符

IPC_CREAT|IPC_EXCL：如果内核中不存在键值与key相等的共享内存，则新建一个消息队列；如果存在这样的共享内存则报错

函数返回值

成功：返回共享内存的标识符

出错：-1，错误原因存于error中

附加说明

上述shmflg参数为模式标志参数，使用时需要与IPC对象存取权限（如0600）进行|运算来确定信号量集的存取权限

错误代码

EINVAL：参数size小于SHMMIN或大于SHMMAX

EEXIST：预建立key所指的共享内存，但已经存在

EIDRM：参数key所指的共享内存已经删除

ENOSPC：超过了系统允许建立的共享内存的最大值(SHMALL)

ENOENT：参数key所指的共享内存不存在，而参数shmflg未设IPC_CREAT位

EACCES：没有权限

ENOMEM：核心内存不足

//创建一个共享内存区段，并显示其相关信息，然后删除该内存共享区#include <stdio.h>#include <unistd.h>  //getpagesize(  )#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>#define MY_SHM_ID 67483int main(){//首先获得系统中页面的大小printf( "page size=%d\n",getpagesize(  ) );//创建一个共享内存区段int shmid,ret;/*IPC(包括消息队列，共享内存，信号量）期中可以指定IPC_CREAT和IPC_EXCL选项。其中信号量：当只有IPC_CREAT选项打开时,若不存在则创建信号量集返回该ID，若存在，则都返回该信号量集的ID，当只有IPC_EXCL选项打开时，不管有没有该信号量集，shmget()都返回-1所以当IPC_CREAT | IPC_EXCL时, 如果没有该信号量，则创建，并返回ID。若已有该信号量集，则返回-1；*/shmid=shmget( MY_SHM_ID,4096,0666|IPC_CREAT );//创建了一个4KB大小共享内存区段。指定的大小必须是当前系统架构//中页面大小的整数倍if( shmid>0 )printf( "Create a shared memory segment %d\n",shmid );//获得一个内存区段的信息struct shmid_ds shmds;shmid=shmget( MY_SHM_ID,0,0 );//示例怎样获得一个共享内存的标识符printf("shmid = %d\n", shmid);ret=shmctl( shmid, IPC_STAT, &shmds );if( ret==0 ){printf( "Size of memory segment is %d\n",shmds.shm_segsz );printf( "Numbre of attaches %d\n",( int )shmds.shm_nattch );}else{printf( "shmctl(  ) call failed\n" );}//删除该共享内存区ret=shmctl( shmid,IPC_RMID,0 );if( ret==0 )printf( "Shared memory removed \n" );elseprintf( "Shared memory remove failed \n" );return 0;}

2、shmctl

 

shmctl(共享内存管理)

所需头文件

#include <sys/types.h>

#include <sys/shm.h>

函数说明

完成对共享内存的控制

函数原型

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

函数传入值

msqid

共享内存标识符

cmd

IPC_STAT：得到共享内存的状态，把共享内存的shmid_ds结构复制到buf中

IPC_SET：改变共享内存的状态，把buf所指的shmid_ds结构中的uid、gid、mode复制到共享内存的shmid_ds结构内

IPC_RMID：删除这片共享内存

buf

共享内存管理结构体。具体说明参见共享内存内核结构定义部分

函数返回值

成功：0

出错：-1，错误原因存于error中

错误代码

EACCESS：参数cmd为IPC_STAT，确无权限读取该共享内存

EFAULT：参数buf指向无效的内存地址

EIDRM：标识符为msqid的共享内存已被删除

EINVAL：无效的参数cmd或shmid

EPERM：参数cmd为IPC_SET或IPC_RMID，却无足够的权限执行

3、shmat

shmat(把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间)

所需头文件

#include <sys/types.h>

#include <sys/shm.h>

函数说明

连接共享内存标识符为shmid的共享内存，连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间，随后可像本地空间一样访问

函数原型

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

函数传入值

msqid

共享内存标识符

shmaddr

指定共享内存出现在进程内存地址的什么位置，直接指定为NULL让内核自己决定一个合适的地址位置

shmflg

SHM_RDONLY：为只读模式，其他为读写模式

函数返回值

成功：附加好的共享内存地址

出错：-1，错误原因存于error中

附加说明

fork后子进程继承已连接的共享内存地址。exec后该子进程与已连接的共享内存地址自动脱离(detach)。进程结束后，已连接的共享内存地址会自动脱离(detach)

错误代码

EACCES：无权限以指定方式连接共享内存

EINVAL：无效的参数shmid或shmaddr

ENOMEM：核心内存不足

      示例

#include <stdio.h>#include <sys/shm.h>#include <sys/ipc.h>#include <errno.h>#define MY_SHM_ID 67483int main(  ){//共享内存区段的挂载和脱离int shmid,ret;void* mem;shmid=shmget( MY_SHM_ID,0,0 );if( shmid>=0 ){mem=shmat( shmid,( const void* )0,0 );//shmat()返回进程地址空间中指向区段的指针if( ( int )mem!=-1 ){printf( "Shared memory was attached in our address space at %p/n",mem );//向共享区段内存写入数据strcpy( ( char* )mem,"This is a test string./n" );printf( "%s/n",(char*)mem );//脱离共享内存区段ret=shmdt( mem );if( ret==0 )printf( "Successfully detached memory /n" );elseprintf( "Memory detached failed %d/n",errno );}elseprintf( "shmat(  ) failed/n" );}elseprintf( "shared memory segment not found/n" );return 0;}

4、shmdt

shmdt(断开共享内存连接)

所需头文件

#include <sys/types.h>

#include <sys/shm.h>

函数说明

与shmat函数相反，是用来断开与共享内存附加点的地址，禁止本进程访问此片共享内存

函数原型

int shmdt(const void *shmaddr)

函数传入值

shmaddr：连接的共享内存的起始地址

函数返回值

成功：0

出错：-1，错误原因存于error中

附加说明

本函数调用并不删除所指定的共享内存区，而只是将先前用shmat函数连接（attach）好的共享内存脱离（detach）目前的进程

错误代码

EINVAL：无效的参数shmaddr

读写测试

 

./write.h

#include <stdio.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>#include <string.h>typedef struct{char name[8];int age;} people;int main(int argc, char** argv){int shm_id,i;key_t key;char temp[8];people *p_map;char pathname[30] ;strcpy(pathname,"/tmp") ;key = ftok(pathname,0x03);if(key==-1){perror("ftok error");return -1;}printf("key=%d\n",key) ;shm_id=shmget(key,4096,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0600);if(shm_id==-1){perror("shmget error");return -1;}printf("shm_id=%d\n", shm_id) ;p_map=(people*)shmat(shm_id,NULL,0);memset(temp, 0x00, sizeof(temp)) ;strcpy(temp,"test") ;temp[4]='0';for(i = 0;i<3;i++){temp[4]+=1;strncpy((p_map+i)->name, temp, 5);(p_map+i)->age=0+i;}shmdt(p_map) ;return 0 ;}

./read.h

#include <stdio.h>#include <string.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>typedef struct{char name[8];int age;} people;int main(int argc, char** argv){int shm_id,i;key_t key;people *p_map;char pathname[30] ;strcpy(pathname,"/tmp") ;key = ftok(pathname,0x03);if(key == -1){perror("ftok error");return -1;}printf("key=%d\n", key) ;shm_id = shmget(key,0, 0);if(shm_id == -1){perror("shmget error");return -1;}printf("shm_id=%d\n", shm_id) ;p_map = (people*)shmat(shm_id,NULL,0);for(i = 0;i<3;i++){printf( "name:%s\n",(*(p_map+i)).name );printf( "age %d\n",(*(p_map+i)).age );}if(shmdt(p_map) == -1){perror("detach error");return -1;}return 0 ;}