Linux IPC之POSIX共享内存

导言：System V共享内存和共享文件映射，允许无关进程共享内存区域以便执行IPC通信。但这两种技术都存在一些不足：1. System V共享内存模型使用的是键和标识符，这与标准的UNIX I/O模型使用文件名和描述符的做法是不一致的，这种差异意味着使用System V共享内存段需要一整套全新的系统调用和命令。2. 使用一个共享文件映射来进行IPC要求创建一个磁盘文件，即使无需对共享区域进行持久存储也需要这样做，除了因需要创建文件所带来的不便之外，这种技术还会带来一些文件I/O开销。由于存在这些不足，所以POSIX.1b定义了一组新的共享内存API —— POSIX共享内存。

概述

POSIX共享内存能够让无关进程共享一个映射区域，而无需创建一个相应的文件映射。Linux从内核2.4起开始支持POSIX共享内存。SUSv3并没有对POSIX共享内存的实现细节进行规定，特别是没有要求使用一个（真实或虚拟）文件系统来标识共享内存对象，但是很多UNIX实现都采用了文件系统来标识共享内存对象。一些UNIX实现将共享对象名创建为标准文件系统上一个特殊位置处的文件，Linux使用挂载于/dev/shm目录下的专用tmpfs文件系统，这个文件系统具有内核持久性，即它所包含的共享内存对象会一直持久，即使当前不存在任何进程打开它，但这些对象会在系统关闭之后丢失。

注意：系统上POSIX共享内存区域占据的内存总量受限于底层的tmpfs文件系统的大小，这个文件系统通常会在启动时使用默认大小（如，256MB）进行挂载，如果有必要的话，root用户能够使用命令mount -o remount,size=<num-bytes>重新挂载这个文件系统来修改它的大小。

要使用POSIX共享内存对象，需要完成下列工作：

1. 使用shm_open()函数打开一个与指定的名字对应的对象，shm_open()函数与open()系统调用类似，它会创建一个新共享对象，或打开一个既有对象。shm_open()会返回一个引用该对象的文件描述符。
2. 将上一步中获得的文件描述符传入mmap()调用，并在其flags参数中指定MAP_SHARED，这会将共享内存对象映射到进程的虚拟地址空间。与mmap()的其他用法一样，一旦映射了对象之后就能够关闭该文件描述符，而不会影响到这个映射。然后，有可能需要将这个文件描述符保持在打开状态，以便后续的fstat()和ftruncate()调用使用这个文件描述符。

说明：
1. POSIX共享内存上shm_open()和mmap()的关系类似于System V共享内存上shmget()和shmat()的关系。使用POSIX共享内存对象需要两步式过程（shm_open()+mmap()），而没有使用单个函数来执行两项任务是因为历史原因。在POSIX委员会增加这个特性时，mmap()调用已经存在了，实际上，这里所需要做的事情是使用shm_open()调用替换open()调用，其中差别是使用shm_open()无需在一个基于磁盘文件系统上创建一个文件。
2. 由于共享内存对象的引用是通过文件描述符来完成的，因此可以直接使用UNIX系统中已经定义好的各种文件描述符系统调用，而无需增加新的系统调用。

使用共享内存对象

#include <fcntl.h>      // Defines 0_* constants#include <sys/stat.h>   // Defines mode constants#include <sys/mman.h>   // returns file descriptor on success, or -1 on errorint shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);

• name参数标识出了待创建或待打开的共享内存对象。
• oflag参数是一个改变调用行为的位掩码。如果oflag中不包含O_CREAT，那么就打开一个既有对象，如果指定了O_CREAT，那么在对象不存在时就创建对象。同时指定O_EXCL和O_CREAT能够确保调用者是对象的创建者，如果对象已经存在，就返回一个EEXIST错误。oflag参数还表明了调用进程在共享内存对象上的访问模式，其取值为O_RDONLY或O_RDWR。而O_TRUNC会导致在成功打开一个既有共享内存对象之后将对象的长度截断为0。

oflag 作用 O_CREAT 对象不存在的时候创建 O_EXCL 与O_CREATE互斥地创建对象 O_RDONLY 打开只读访问 O_RDWR 打开读写访问 O_TRUNC 将对象长度截断为0

• mode参数能取的位值与文件上的权限位值是一样的，与open()系统调用一样，mode中的权限掩码将会根据进程umask来取值，与open()不同的是，在调用shm_open()时总是需要mode参数，在不创建新对象时需要将这个参数指定为0。

一个新共享内存对象被创建时，其初始长度会被设置为0，这意味着在创建完一个新共享内存对象之后，通常在调用mmap()之前需要调用ftruncate()来设置对象的大小。在调用完mmap()之后可能还需要使用ftruncate()来根据需求扩大或收缩共享内存对象。在扩展一个共享内存对象时，新增加的字节会自动被初始化为0。

SUSv3要求POSIX共享内存对象至少具备内核持久性，即它们会持续存在直到被显示删除或系统重启。当不再需要一个共享内存对象时，就应该使用shm_unlink()删除它。

#include <sys/mman.h>// returns 0 on success, or -1 on errorint shm_unlink(const char *name);

shm_unlink()函数会删除通过name指定的共享内存对象。删除一个共享内存对象不会影响对象的既有映射，它会保持有效直到相应的进程调用munmap()或终止，但会阻止后续的shm_open()调用打开这个对象。一旦所有进程都解除映射这个对象，对象就会被删除，其中的内容会丢失。

例子

https://github.com/gerryyang/TLPI/tree/master/src/pshm

共享内存API比较

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