系统V共享内存详解

  

系统V共享内存范例

本部分将给出系统V共享内存API的使用方法，并对比分析系统V共享内存机制与mmap()映射普通文件实现共享内存之间的差异，首先给出两个进程通过系统V共享内存通信的范例：

第一个是写数据：

 

/***** testwrite.c *******/

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/shm.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

typedef struct{    //定义了一个people 数据结构

     char name[4];

     int age;

} people;

main(int argc, char** argv)

{

     int shm_id,i; //定义了共享内存id 

     key_t key;   //关键字key

     char temp;

     people *p_map;

     char* name = "/dev/shm/myshm2";//路径名

      key = ftok(name,0);/*ftok 根据路径名 name 和pjojectid 0 创建关键字key*/

/*调用shmget，创建一块共享内存区域*/

     if(key==-1)

          perror("ftok error");

     shm_id=shmget(key,4096,IPC_CREAT); 

/*共享内存的大小为4K 内存是以页为单位分配的 */

     if(shm_id==-1)

     {

          perror("shmget error");

          return;

     }

     /*将这块共享内存区附加到自己的内存段*/

     p_map=(people*)shmat(shm_id,NULL,0);

     temp='a';

     for(i = 0;i<10;i++)

     {

          temp+=1;

          memcpy((*(p_map+i)).name,&temp,1);

          (*(p_map+i)).age=20+i;

     }

/*写数据完毕，将其从自己的内存段中“删除”出去*/

     if(shmdt(p_map)==-1)//出错为-1 返回

          perror(" detach error ");

}

 

函数生成的共享内存是跨进程的，其存在时间与内核一样，只要系统没有重新启动，共享内存就一直存在，而IPC_CREAT|IPC_EXCL表示要生成新的共享内存

Shmget(key_t key, size_t size, int shmflg )

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。


int 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，或者返回-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。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。

 

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。

 

 

 

使用shmat()放置一个或多个进程/线程在共享内存中，也可以用shmctl()来获取信息或者控制共享区域。

Shmat(int shmid, void *addr, int flag)

 

shmat/shmdt系统调用  
   
功能描述：
共享存储器的执行方式是将一个储存器区段标记为共用，这时各进程可以把这个区段映射到该进程本身的虚拟地址里。建立共享存储器可通过shmget系统调用，shmget执行后，核心程序就保留一块指定大小的空间，同时关于此共享存储器的一切数据，如区段的长度，区段的存取权，区段建立者的进程识别码等存入一个叫shmid_ds的结构。现在共享存储器虽然已经建立了，可是仍无法连上它，这时就须通过shmat系统调用得到一个指向共享存储器基址的指针，通过此指针，就可以如同于操作一般存储器似的取用共享存储器。shmdt进行相反的工作，用来脱离已连上的共享存储器。

 

用法： 
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>

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

int shmdt(const void *shmaddr);

参数：  
shmid：共享存储器标识。
shmaddr：指向共享存储器连上的起始地址。对于shmat()函数，如果为NULL将由系统选择合适的地址。
shmflg：共享存储器相关的标志，可能值有
SHM_RND //如果shmaddr不为NULL，将会进位到最低可用SHMLBA地址。
SHM_RDONLY //共享区段以只读的方式映射到进程的地址空间。
SHM_REMAP //如果本标志被指定，意味着替代掉与指定参数重叠的现存共享区段的映射。

   

返回说明：  
shmat()成功执行时，返回共享存储器的基地址，失败返回(void *)-1；
shmdt()成功执行时，返回0，失败返回-1。

EACCES：对于所请求的连上类型，进程没有足够的权限，并且不

有CAP_IPC_OWNER权能

EINVAL：参数无效

ENOMEM：内存不足，无法分配描述词或页表。

 

 

使用shmdt()从共享区域中分离

使用shmctl()解除分配空间

 

memcpy:函数原型

 void   *memcpy(void   *dest,   const   void   *src,   size_t   n)
函数功能:           字符串拷贝
函数返回:           指向dest的指针
参数说明:           src-源字符串，n-拷贝的最大长度
所属文件:           <string.h> , <mem.h>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/*读进程首先要得到那块内存块，这个时候，ftok根据文件名和ID创建的key就

很用了，步骤同创建是一样的*/

/********** testread.c ************/

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/shm.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

typedef struct{

      char name[4];

      int age;

} people;

main(int argc, char** argv)

{

      int shm_id,i;

      key_t key;

      people *p_map;

      char* name = "/dev/shm/myshm2";

      key = ftok(name,0);

      if(key == -1)

           perror("ftok error");

      shm_id = shmget(key,4096,IPC_CREAT);   

      if(shm_id == -1)

      {

           perror("shmget error");

           return;

      }

      p_map = (people*)shmat(shm_id,NULL,0);

      for(i = 0;i<10;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 ");

}