linux 之 system-v 共享内存

主要作用

• 不同进程之间，高效率传输大量的数据。
• 高效率是相对于之前谈及的 管道 和 消息队列 而言（我的另外几篇博文中有）的。 管道和消息队列 需要借助 linux kernel 来进行数据转交，效率较低，适合传输少量数据。
• 把 进程1对应的虚拟地址 和 进程2对应的虚拟地址 映射到同样的物理空间。那么进程1往它的虚拟地址写，进程2读它自己的虚拟地址就能直接读到。

共享内存的用法

• 定义一个唯一的 key （可以用ftok() 也可以认为指定键值 (key_t 0x666 )）
• 构造一个 共享内存对象（shmget）
• 共享内存映射（shmat）
• 解除共享内存映射（shmdt）
• 删除共享内存（shmctl RMID）

shmget函数

• 功能：获取共享内存对象的id
• 函数原型：

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

• 参数：

  • key：共享内存键值（可以自己定义，也可以依靠ftok函数）

  • size：共享内存大小

  • shmflg：

    • IPC_CREAT：共享内存不存在则创建
    • mode：共享内存 rwx 权限

• 返回值：

  • 成功：共享内存id
  • 失败：-1

shmat函数

• 功能：映射共享内存
• 函数原型：

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

• 参数：

  • shmid：共享内存id
  • shmaddr：映射地址，为NULL时表示自动分配
  • shmflg：
    SHM_RDONLY：只读方式映射
    0：可读可写

• 返回值：

  • 成功：共享内存地址
  • 失败：-1

shmdt函数

• 功能：解除共享内存映射
• 函数原型：

int shmdt(const void *shmaddr);

• 参数：

  • shmaddr：映射地址

• 参数：

  • 成功：0
  • 失败：-1

shmctl函数

• 功能：获取或设置共享内存的相关属性
• 函数原型：

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

• 参数：

  • shmid：共享内存id

  • cmd：

    IPC_STAT：获取共享内存的属性信息，由参数buf返回
    IPC_SET：设置共享内存的属性，由参数buf传入
    IPC_RMID：删除共享内存

  • buf：属性缓冲区

• 返回值：

  • 成功：由cmd类型决定，上面列出的这三个都返回-1.
  • 失败：-1

测试代码

#include<sys/ipc.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/sem.h>
#include<sys/shm.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>
#include <sys/types.h>

union semun
{
    int val;
    struct semid_ds *buf;
};

//初始化信号量
int init_sem(int sem_id,int init_value)
{
    union semun sem_union;
    sem_union.val = init_value;
    if(semctl(sem_id,0,SETVAL,sem_union) == -1)
    {
        printf("Initialize semaphore.\n");
        return -1;
    }
    return 0;
}

//删除信号量
int del_sem(int sem_id)
{
    union semun sem_union;
    if(semctl(sem_id,0,IPC_RMID,sem_union) == -1)
    {
        perror("Delete semahore.\n");
        return -1;
    }
}

// p 操作
int sem_p(int sem_id)
{
    pid_t a;
    struct sembuf sops;
    printf("%s(%d):pid = %d\n", __FILE__, __LINE__, getpid());
    sops.sem_num = 0;//单个信号量的编号应该为0
    sops.sem_op = -1;//表示 p 操作，减操作
    sops.sem_flg = SEM_UNDO;//到最后系统会自动释放系统中残留的信号量
    printf("%s(%d):pid = %d\n", __FILE__, __LINE__, getpid());
    if(semop(sem_id,&sops,1) == -1)//不符合操作条件时会阻塞于此
    {
        perror("P operation.\n");
        return -1;
	}
    printf("%s(%d):pid = %d\n", __FILE__, __LINE__, getpid());
    return 0;
}

// v 操作
int sem_v(int sem_id)
{
    pid_t a;
    struct sembuf sops;
    printf("%s(%d):pid = %d\n", __FILE__, __LINE__, getpid());
    sops.sem_num = 0;//单个信号量的编号为 0 
    sops.sem_op = 1;//表示 v 操作
    sops.sem_flg = SEM_UNDO;//系统自动释放残留的信号量
    printf("%s(%d):pid = %d\n", __FILE__, __LINE__, getpid());
    if(semop(sem_id,&sops,1) == -1)//不符合操作条件时会阻塞于此
    {
        perror("V operation.\n");
        return -1;
    }
    printf("%s(%d):pid = %d\n", __FILE__, __LINE__, getpid());
    return 0;
}

#define DELAY_TIME  3

int main(void)
{
    pid_t result;
    int sem_id;
    int shm_id;
    char *addr;
    //创建一个信号量
    sem_id = semget((key_t)6666, 1, 0666 | IPC_CREAT);
    //创建一个共享内存对象
    shm_id = shmget((key_t)7777, 1024, 0666 | IPC_CREAT);
    //信号量的id，和信号量初始化的值为0
    init_sem(sem_id, 0);
    //调用 fork() 函数
    result = fork();
    if(-1 == result)
    {
        perror("Fail fork.\n");
    }
    else if(0 == result)//子进程
    {
        printf("Child process will wait for some seconds ...\n");
        sleep(DELAY_TIME);
        //映射共享内存
        addr = shmat(shm_id,NULL,0);
        if(addr == (void *)-1)
        {
            printf("Fail shmat.\n");
            exit(-1);
        } 
        //设置共享内存中的内容
        memcpy(addr,"HelloWorld",11);
        printf("The child process is running ...\n");
        //给信号量的值加 1
        sem_v(sem_id);
    }
    else//父进程
    {
        //同步工作：
        //若信号量的值已经为0，那么这个减1的操作将阻塞于此
        //从而保证子进程运行在父进程的前面
        sem_p(sem_id);
        printf("The father process is running ...\n");
        //映射共享内存的地址
        addr = shmat(shm_id,NULL,0);
        if(addr == (void *)-1)
        {
            printf("Fail father shmat.\n");
            exit(-1);
        }
        printf("Shared memory string : %s\n",addr);
        //解除共享内存映射
        shmdt(addr);
        //删除共享内存映射
        shmctl(shm_id,IPC_RMID,NULL);
        sem_v(sem_id);
        del_sem(sem_id);
    }
    exit(0);
} 

编译与运行

jl@jl-virtual-machine:~/test$ ./a.out 
test.c(48):pid = 19588
test.c(52):pid = 19588
Child process will wait for some seconds ...
The child process is running ...
test.c(67):pid = 19589
test.c(71):pid = 19589
test.c(77):pid = 19589
test.c(58):pid = 19588
The father process is running ...
Shared memory string : HelloWorld
test.c(67):pid = 19588
test.c(71):pid = 19588
test.c(77):pid = 19588
jl@jl-virtual-machine:~/test$ 

测试成功！

• 补充
  文件映射函数 mmap()