Linux的IPC机制（一）：共享内存

• 多个进程访问同一个逻辑内存

• 直接访问内存，不用read()/write()非常方便

1. POSIX 共享内存

---

• 资料：unpv22e-ch13

• 查看：

• man shm_overview

• ls /dev/shm

2. 分类

---

1. 内存映射文件

注意：共享内存大小 = 文件大小

2. 共享内存区对象(非亲缘进程)

3. 匿名内存映射(亲缘进程)

| 风格 | 方式 |

| — | — |

| BSD | MAP_ANON+mmap() |

| Systerm V | /dev/zero+open() |

3 接口

---

• 头文件：sys/mman.h

• 库：librt.so

3.1 函数

POSIX 共享内存有几个函数。

| No. | 操作 | 函数 |

| — | — | — |

| 1 | 创建 | int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode) |

| 2 | 删除 | int shm_unlink(const char *name) |

| 3 | 建立内存映射 | void* mmap(void* start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset) |

| 4 | 关闭内存映射 | int munmap(void *start,size_t length) |

3.1.1 创建

int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode)

• 参数

| No. | 参数 | 含义 |

| — | — | — |

| 1 | name | posix IPC名字，格式为/somename |

| 2 | oflag | 标志 |

| 3 | mode | 权限 |

• 标志

| No. | 标志 | 作用 |

| — | — | — |

| 1 | O_CREAT | 没有该对象则创建 |

| 2 | O_EXCL | 如果O_CREAT指定，但name不存在，就返回错误 |

| 3 | _{`O_NONBLOCK`} | _{以非阻塞方式打开消息队列} |

| 4 | O_RDONLY | 只读 |

| 5 | O_RDWR | 读写 |

| 6 | _{`O_WRONLY`} | _只写 |

| 7 | O_TRUNC | 若存在则截断 |

• 权限

| No. | 权限 | 作用 |

| — | — | — |

| 1 | S_IWUSR | 用户/属主写 |

| 2 | S_IRUSR | 用户/属主读 |

| 3 | S_IWGRP | 组成员写 |

| 4 | S_IRGRP | 组成员读 |

| 5 | S_IWOTH | 其他用户写 |

| 6 | S_IROTH | 其他用户读 |

• 返回值

| No. | 返回值 | 含义 |

| — | — | — |

| 1 | -1 | 出错 |

| 2 | 其他 | 共享内存描述符 |

• 示例

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/mman.h>

#include <fcntl.h>

#include <string.h>

int main(int argc,char* argv[]){

int fd = shm_open(argv[1],O_CREAT|O_RDWR,0644);

ftruncate(fd,atoi(argv[2]));

void* buf = NULL;

if(( buf = mmap(NULL,BUFSIZ,PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0)) == MAP_FAILED){

perror(“mmap error\n”);

return 1;

}

}

3.1.2 删除

int shm_unlink(const char *name)

• 参数

| No. | 参数 | 含义 |

| — | — | — |

| 1 | name | posix IPC名字 |

• 返回值

| No. | 返回值 | 含义 |

| — | — | — |

| 1 | -1 | 出错 |

| 2 | 0 | 成功 |

• 示例

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/mman.h>

#include <fcntl.h>

#include <string.h>

int main(int argc,char* argv[]){

shm_unlink(argv[1]);

}

3.1.3 建立内存映射

void* mmap(void* start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset)

• 参数

| No. | 参数 | 含义 |

| — | — | — |

| 1 | start | 映射区的开始地址，通常使用NULL，让系统决定映射区的起始地址 |

| 2 | length | 映射区的长度，单位字节，不足一内存页按一内存页处理 |

| 3 | prot | 内存保护标志 |

| 4 | flags | 映射对象的类型 |

| 5 | fd | 文件描述符，不能是套接字和终端的fd，-1为匿名内存映射 |

| 6 | offset | 被映射对象内容的起点，只能是页大小的整数倍 |

如何获取页大小? sysconf(_SC_PAGESIZE)

• 内存保护标志

| No. | 参数 | 含义 |

| — | — | — |

| 1 | PROT_EXEC | 页内容可以被执行 |

| 2 | PROT_READ | 页内容可以被读取 |

| 3 | PROT_WRITE | 页可以被写入 |

| 4 | PROT_NONE | 页不可访问，不能与文件的打开模式冲突 |

• 映射对象的类型

| No. | 参数 | 含义 |

| — | — | — |

| 1 | MAP_SHARED | 变动共享 |

| 2 | MAP_PRIVATE | 变动私有 |

| 3 | MAP_ANON | 匿名内存映射 |

• 返回值

| No. | 返回值 | 含义 |

| — | — | — |

| 1 | MAP_FAILED | 失败 |

| 2 | 非MAP_FAILED | 共享内存地址 |

• 示例

写

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/mman.h>

#include <fcntl.h>

#include <string.h>

int main(int argc,char* argv[]){

int fd = shm_open(argv[1],O_RDWR,0);

void* buf = NULL;

if(( buf = mmap(NULL,BUFSIZ,PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0)) == MAP_FAILED){

perror(“mmap error\n”);

return 1;

}

strcpy(buf,argv[2]);

munmap(buf,BUFSIZ);

}

读

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/mman.h>

#include <fcntl.h>

#include <string.h>

int main(int argc,char* argv[]){

int fd = shm_open(argv[1],O_RDONLY,0);

void* buf = NULL;

if(( buf = mmap(NULL,BUFSIZ,PROT_READ,MAP_SHARED,fd,0)) == MAP_FAILED){

perror(“mmap error\n”);

return 1;

}

printf(“%s\n”,buf);

munmap(buf,BUFSIZ);

}

3.1.4 关闭内存映射

int munmap(void *start,size_t length)

• 参数

| No. | 参数 | 含义 |

| — | — | — |

| 1 | start | 映射内存起始地址 |

| 2 | length | 内存大小 |

• 返回值

| No. | 返回值 | 含义 |

| — | — | — |

| 1 | 0 | 成功 |

| 2 | -1 | 失败 |

• 注意

关闭mmap中的文件描述符不能删除内存映射。

4 示例

---

4.1 内存映射文件

1. 创建文件并且写入数据

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/mman.h>

#include <fcntl.h>

#include <string.h>

int main(){

int fd = open(“./mmap.txt”,O_CREAT|O_RDWR,0644);

char str[] = “hello mmap\n”;

ftruncate(fd,sizeof(str));

void* buf = NULL;

if(( buf = mmap(NULL,sizeof(str),PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0)) == MAP_FAILED){

perror(“mmap error\n”);

return 1;

}

strcpy(buf,str);

munmap(buf,sizeof(str));

close(fd);

}

问题

如果没有ftruncate(fd,sizeof(str));会出现什么情况？

2. 读取数据并且重新写入数据

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/mman.h>

#include <fcntl.h>

#include <string.h>

int main(int argc,char* argv[]){

int fd = open(“./mmap.txt”,O_RDWR);

void* buf = NULL;

if(( buf = mmap(NULL,BUFSIZ,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0)) == MAP_FAILED){

perror(“mmap error\n”);

return 1;

}

printf(“%s\n”,buf);

strcpy(buf,“this sdfdsfdsfdsfdsfdsfdsfdsfdsfdsf\n”);

munmap(buf,BUFSIZ);

close(fd);

}

3. 亲缘进程读写数据

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/mman.h>

#include <fcntl.h>

#include <string.h>

int main(int argc,char* argv[]){

int fd = open(“./mmap.txt”,O_CREAT|O_RDWR,0644);

void* buf = NULL;

if(( buf = mmap(NULL,BUFSIZ,PROT_WRITE|PROT_READ,MAP_SHARED,fd,0)) == MAP_FAILED){

perror(“mmap error\n”);

return 1;

}

if(fork()){

strcpy(buf,argv[1]);

}else{

printf(“%s\n”,buf);

}

munmap(buf,BUFSIZ);

close(fd);

}

4. 非亲缘进程读写数据

写

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/mman.h>

#include <fcntl.h>

#include <string.h>

int main(int argc,char* argv[]){

int fd = open(“./mmap.txt”,O_CREAT|O_RDWR,0644);

void* buf = NULL;

if(( buf = mmap(NULL,BUFSIZ,PROT_WRITE|PROT_READ,MAP_SHARED,fd,0)) == MAP_FAILED){

perror(“mmap error\n”);

return 1;

}

strcpy(buf,argv[1]);

munmap(buf,BUFSIZ);

close(fd);

}

读