linux 共享内存（shmget，shmat，shmdt，shmctl）解析

shmget

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
key:     标识符的规则
size:    共享存储段的字节数
flag:    读写的权限还有IPC_CREAT或IPC_EXCL对应文件的O_CREAT或O_EXCL
返回值：  成功返回共享存储的id，失败返回-1

key_t key
-----------------------------------------------
    key标识共享内存的键值: 0/IPC_PRIVATE。 当key的取值为IPC_PRIVATE，则函数shmget()将创建一块新的共享内存；如果key的取值为0，而参数shmflg中设置了IPC_PRIVATE这个标志，则同样将创建一块新的共享内存。
    在IPC的通信模式下，不管是使用消息队列还是共享内存，甚至是信号量，每个IPC的对象(object)都有唯一的名字，称为“键”(key)。通过“键”，进程能够识别所用的对象。“键”与IPC对象的关系就如同文件名称之于文件，通过文件名，进程能够读写文件内的数据，甚至多个进程能够共用一个文件。而在IPC的通讯模式下，通过“键”的使用也使得一个IPC对象能为多个进程所共用。
    Linux系统中的所有表示System V中IPC对象的数据结构都包括一个ipc_perm结构，其中包含有IPC对象的键值，该键用于查找System V中IPC对象的引用标识符。如果不使用“键”，进程将无法存取IPC对象，因为IPC对象并不存在于进程本身使用的内存中。
    通常，都希望自己的程序能和其他的程序预先约定一个唯一的键值，但实际上并不是总可能的成行的，因为自己的程序无法为一块共享内存选择一个键值。因此，在此把key设为IPC_PRIVATE，这样，操作系统将忽略键，建立一个新的共享内存，指定一个键值，然后返回这块共享内存IPC标识符ID。而将这个新的共享内存的标识符ID告诉其他进程可以在建立共享内存后通过派生子进程，或写入文件或管道来实现。

考虑到应用系统可能在不同的主机上应用，可以直接定义一个key，而不用ftok获得：
#define IPCKEY 0x344378

size_t size(单位字节Byte)
-----------------------------------------------
    size是要建立共享内存的长度。所有的内存分配操作都是以页为单位的。所以如果一段进程只申请一块只有一个字节的内存，内存也会分配整整一页(在i386机器中一页的缺省大小PACE_SIZE=4096字节)这样，新创建的共享内存的大小实际上是从size这个参数调整而来的页面大小。即如果size为1至4096，则实际申请到的共享内存大小为4K(一页)；4097到8192，则实际申请到的共享内存大小为8K(两页)，依此类推。

int shmflg
-----------------------------------------------
    shmflg主要和一些标志有关。其中有效的包括IPC_CREAT和IPC_EXCL，它们的功能与open()的O_CREAT和O_EXCL相当。
    IPC_CREAT   如果共享内存不存在，则创建一个共享内存，否则打开操作。
    IPC_EXCL     只有在共享内存不存在的时候，新的共享内存才建立，否则就产生错误。

    如果单独使用IPC_CREAT，shmget()函数要么返回一个已经存在的共享内存的操作符，要么返回一个新建的共享内存的标识符。

    如果将IPC_CREAT和IPC_EXCL标志一起使用，shmget()将返回一个新建的共享内存的标识符；如果该共享内存已存在，则返回-1。

     IPC_EXEL标志本身并没有太大的意义，但是和IPC_CREAT标志一起使用可以用来保证所得的对象是新建的，而不是打开已有的对象。

这个可以用，但最好不要用:

     对于用户的读取和写入许可指定SHM_R和SHM_W；

     (SHM_R>3)和(SHM_W>3)是一组读取和写入许可，而(SHM_R>6)和(SHM_W>6)是全局读取和写入许可。

推荐使用这个:

           可以使用0666|IPC_CREAT，来作为shmflg的值。

关于这个函数，要多说两句。
创建共享内存时，shmflg参数至少需要 IPC_CREAT | 权限标识，如果只有IPC_CREAT 则申请的地址都是k=0xffffffff，不能使用；
获 取已创建的共享内存时，shmflg不要用IPC_CREAT（只能用创建共享内存时的权限标识，例如00700），否则在某些情况下，比如用ipcrm删除 共享内存后，用该函数并用IPC_CREAT参数获取一次共享内存（当然，获取失败），然后则即使再次创建共享内存也不能成功，此时必须更改key来重建共享 内存。

获取已有共享内存时，注意size不要超过创建时的大小，否则返回EINVAL错误。

返回值
-----------------------------------------------
成功返回共享内存的标识符；不成功返回-1，errno储存错误原因。
    EINVAL           参数size小于SHMMIN或大于SHMMAX。
    EEXIST           预建立key所致的共享内存，但已经存在。
    EIDRM            参数key所致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，参数shmflg也未设IPC_CREAT位。
    EACCES        没有权限。
    ENOMEM       核心内存不足。

struct shmid_ds
-----------------------------------------------
    shmid_ds数据结构表示每个新建的共享内存。当shmget()创建了一块新的共享内存后，返回一个可以用于引用该共享内存的shmid_ds数据结构的标识符。

include/linux/shm.h

    struct shmid_ds { 
        struct ipc_perm    shm_perm;      /* operation perms */ 
        int                shm_segsz;     /* size of segment (bytes) */ 
        __kernel_time_t    shm_atime;     /* last attach time */ 
        __kernel_time_t    shm_dtime;     /* last detach time */ 
        __kernel_time_t    shm_ctime;     /* last change time */ 
        __kernel_ipc_pid_t shm_cpid;      /* pid of creator */ 
        __kernel_ipc_pid_t shm_lpid;      /* pid of last operator */ 
        unsigned short     shm_nattch;    /* no. of current attaches */ 
        unsigned short     shm_unused;    /* compatibility */ 
        void               *shm_unused2; /* ditto - used by DIPC */ 
        void               *shm_unused3; /* unused */ 
    };

struct ipc_perm
-----------------------------------------------
    对于每个IPC对象，系统共用一个struct ipc_perm的数据结构来存放权限信息，以确定一个ipc操作是否可以访问该IPC对象。

    struct ipc_perm { 
        __kernel_key_t   key; 
        __kernel_uid_t   uid; 
        __kernel_gid_t   gid; 
        __kernel_uid_t   cuid; 
        __kernel_gid_t   cgid; 
        __kernel_mode_t mode; 
        unsigned short   seq; 
};
//----------------------------------------

备注：也可使用ipcrm -m  shmid的形式删除共享内存，但是如果有其他的进程在使用共享内存，则不会真正的删除共享内存，但会把共享内存的状态（使用ipcs -m查看status）制为dest，该动作是系统维护的。此时共享内能可以使用，当最后一个的进程结束或是不挂载共享内存时，共享内存则会自动删除。

shmat

void *shmat(int shmid, const void *addr, int flag);
shmid：共享存储的id
addr：一般为0，表示连接到由内核选择的第一个可用地址上，否则，如果flag没有指定SHM_RND，则连接到addr所指定的地址上，如果flag为SHM_RND，则地址取整
flag：如前所述，一般为0                //推荐值
返回值：如果成功，返回共享存储段地址，出错返回-1

shmdt

int shmdt(void *addr);
addr:共享存储段的地址，以前调用shmat时的返回值
shmdt将使相关shmid_ds结构中的shm_nattch计数器值减1

这并不是从系统中删除其标识符以及其数据结构。函数删除本进程对这块内存的使用，shmdt()与shmat()相反，是用来禁止本进程访问一块共享内存的函数。

备注：也可使用ipcrm -m  shmid的形式删除共享内存，但是如果有其他的进程在使用共享内存，则不会真正的删除共享内存，但会把共享内存的状态（使用ipcs -m查看status）制为dest，该动作是系统维护的。此时共享内能可以使用，当最后一个的进程结束或是不挂载共享内存时，共享内存则会自动删除。

shmctl

int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf)
shmid:共享存储段的id
cmd：一些命令，有：IPC_STAT,IPC_RMID,SHM_LOCK,SHM_UNLOCK

共享内存不会随着程序结束而自动消除，要么调用shmctl删除，要么自己用手敲命令ipcrm去删除，否则永远留在系统中。

 

3、系统V共享内存限制

在/proc/sys/kernel/目录下，记录着系统V共享内存的一下限制，如一个共享内存区的最大字节数shmmax，系统范围内最大共享内存区标识符数shmmni等，可以手工对其调整，但不推荐这样做。

通过对试验结果分析，对比系统V与mmap()映射普通文件实现共享内存通信，可以得出如下结论：

1、 系统V共享内存中的数据，从来不写入到实际磁盘文件中去；而通过mmap()映射普通文件实现的共享内存通信可以指定何时将数据写入磁盘文件中。注：前面讲到，系统V共享内存机制实际是通过映射特殊文件系统shm中的文件实现的，文件系统shm的安装点在交换分区上，系统重新引导后，所有的内容都丢失。

2、 系统V共享内存是随内核持续的，即使所有访问共享内存的进程都已经正常终止，共享内存区仍然存在（除非显式删除共享内存），在内核重新引导之前，对该共享内存区域的任何改写操作都将一直保留。

3、 通过调用mmap()映射普通文件进行进程间通信时，一定要注意考虑进程何时终止对通信的影响。而通过系统V共享内存实现通信的进程则不然。注：这里没有给出shmctl的使用范例，原理与消息队列大同小异。

结论：

共享内存允许两个或多个进程共享一给定的存储区，因为数据不需要来回复制，所以是最快的一种进程间通信机制。共享内存可以通过mmap()映射普通文件（特殊情况下还可以采用匿名映射）机制实现，也可以通过系统V共享内存机制实现。应用接口和原理很简单，内部机制复杂。为了实现更安全通信，往往还与信号灯等同步机制共同使用。

共享内存涉及到了存储管理以及文件系统等方面的知识，深入理解其内部机制有一定的难度，关键还要紧紧抓住内核使用的重要数据结构。系统V共享内存是以文件的形式组织在特殊文件系统shm中的。通过shmget可以创建或获得共享内存的标识符。取得共享内存标识符后，要通过shmat将这个内存区映射到本进程的虚拟地址空间。

mmap 方式对应的真实文件，如果用户有权限即可查看，甚至删除

shmget方式可通过ipcs,ipcrm命令查看与清除

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