共享內(nèi)存是兩個或多個進程共享的內(nèi)存。 但是,為什么我們需要共享內(nèi)存或其他通信方式呢?
重申一下,每個進程都有自己的地址空間,如果任何進程想要將自己的地址空間的某些信息與其他進程進行通信,那么只能通過IPC(進程間通信)技術(shù)進行。 我們已經(jīng)知道,通信可以在相關(guān)或不相關(guān)的進程之間進行。
通常,使用管道或命名管道來執(zhí)行相互關(guān)聯(lián)的進程通信。 可以使用命名管道或通過共享內(nèi)存和消息隊列的常用IPC技術(shù)執(zhí)行無關(guān)的進程(例如在一個終端中運行一個進程而在另一個終端中運行另一個進程)通信。
我們已經(jīng)看到了管道和命名管道的IPC技術(shù),現(xiàn)在來了解其他的IPC技術(shù),即共享內(nèi)存,消息隊列,信號量,信號和內(nèi)存映射。
在本章中,我們將會了解所有關(guān)于共享內(nèi)存的知識。
我們知道,為了在兩個或多個進程之間進行通信,使用共享內(nèi)存。但是在使用共享內(nèi)存之前,系統(tǒng)調(diào)用需要完成,讓我們看看 -
shmget()
)shmat()
)shmdt()
)中分離進程shmctl()
)讓我們看看與共享內(nèi)存有關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用的一些細節(jié)。
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg)
上述系統(tǒng)調(diào)用將創(chuàng)建或分配一個System V共享內(nèi)存段。 需要傳遞的參數(shù)如下 -
key
用于識別共享內(nèi)存段。key
可以是任意值,也可以是來自庫函數(shù)ftok()
的值。 key
也可以是IPC_PRIVATE
,意思是運行進程作為服務器和客戶機(父子關(guān)系),即相互關(guān)聯(lián)的進程通信。 如果客戶端想用這個key
來使用共享內(nèi)存,那么它必須是服務器的子進程。 另外,子進程需要在父進程獲得共享內(nèi)存之后創(chuàng)建。size
是四舍五入PAGE_SIZE
的倍數(shù)的共享內(nèi)存段的大小。shmflg
指定所需的共享內(nèi)存標志,例如IPC_CREAT
(創(chuàng)建新段)或IPC_EXCL(與IPC_CREAT一起用于創(chuàng)建新段,如果段已經(jīng)存在,則調(diào)用失敗)。 還需要傳遞權(quán)限。注 - 有關(guān)權(quán)限的詳細信息,請參閱前面幾節(jié)。
這個調(diào)用會在成功時返回一個有效的共享內(nèi)存標識符(用于進一步調(diào)用共享內(nèi)存),在失敗時返回-1
。 要知道失敗的原因,請查看errno
變量或perror(
)函數(shù)的值。
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
void * shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg)
上述系統(tǒng)調(diào)用為系統(tǒng)V共享內(nèi)存段執(zhí)行共享內(nèi)存操作,即將共享內(nèi)存段附加到調(diào)用進程的地址空間。 需要傳遞的參數(shù)如下 -
第一個參數(shù)shmid
是共享內(nèi)存段的標識符。 這個id
是共享內(nèi)存標識符,它是shmget()
系統(tǒng)調(diào)用的返回值。
第二個參數(shù)shmaddr
是指定附加地址。 如果shmaddr
為NULL
,則系統(tǒng)默認選擇合適的地址來附加分段。 如果shmaddr
不是NULL
并且在shmflg
中指定了SHM_RND
,那么attach
等于SHMLBA(下邊界地址)的最接近倍數(shù)的地址。 否則,shmaddr
必須是共享內(nèi)存附件發(fā)生/啟動的頁面對齊地址。
shmflg
指定所需的共享內(nèi)存標志,例如SHM_RND
(舍入到SHMLBA的地址)或SHM_EXEC(允許執(zhí)行段的內(nèi)容)或SHM_RDONLY
(默認為只讀目的附加段 它是可讀寫的)或SHM_REMAP(替換shmaddr
指定范圍內(nèi)的現(xiàn)有映射并繼續(xù)到段的結(jié)尾)。-1
。 要知道失敗的原因,請檢查errno
變量或perror()
函數(shù)。#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
int shmdt(const void *shmaddr)
上述系統(tǒng)調(diào)用對共享內(nèi)存段從調(diào)用進程地址空間中分離出來的System V共享內(nèi)存段執(zhí)行共享內(nèi)存操作。需要傳遞的參數(shù)如下 -
shmaddr
是要分離的共享內(nèi)存段的地址。待分離的段必須是由shmat()
系統(tǒng)調(diào)用返回的地址。這個調(diào)用在成功時將返回0
,在失敗的情況下為-1
。 要知道失敗的原因,請檢查errno
變量或perror()
函數(shù)。
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf)
上述系統(tǒng)調(diào)用對System V共享內(nèi)存段進行控制操作。需要傳遞的參數(shù)如下 -
shmid
是共享內(nèi)存段的標識符。 這個id
是共享內(nèi)存標識符,它是shmget()
系統(tǒng)調(diào)用的返回值。cmd
是對共享內(nèi)存段執(zhí)行所需控制操作的命令。cmd
的有效值有 -IPC_STAT
- 將struct shmid_ds
的每個成員的當前值的信息復制到由buf
指向的傳遞的結(jié)構(gòu)。 該命令需要對共享內(nèi)存段的讀取權(quán)限。IPC_SET
- 設置結(jié)構(gòu)buf
指向的用戶ID,所有者的組ID,權(quán)限等。IPC_RMID
- 標記要銷毀的段。 該段只有在最后一個進程分離后才被銷毀。IPC_INFO
- 返回有關(guān)buf
指向的結(jié)構(gòu)中共享內(nèi)存限制和參數(shù)的信息。SHM_INFO
- 返回一個shm_info
結(jié)構(gòu),其中包含有關(guān)共享內(nèi)存所消耗的系統(tǒng)資源的信息。buf
是一個指向名為struct shmid_ds
的共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)的指針。 這個結(jié)構(gòu)的值將被用于任一集或者按照cmd
得到。此調(diào)用根據(jù)傳遞的命令返回值。 在IPC_INFO
和SHM_INFO
或SHM_STAT
成功之后,返回共享內(nèi)存段的索引或標識符,或者返回其他操作的0
,否則返回-1
。 要知道失敗的原因,請檢查errno
變量或perror()
函數(shù)。
讓我們考慮下面的示例程序。
struct shmseg
中具有完整變量)struct shmseg
中的完整變量)以下是寫入過程的代碼(寫入共享內(nèi)存 - 文件:shm_write.c)
/* Filename: shm_write.c */
#include<stdio.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#define BUF_SIZE 1024
#define SHM_KEY 0x1234
struct shmseg {
int cnt;
int complete;
char buf[BUF_SIZE];
};
int fill_buffer(char * bufptr, int size);
int main(int argc, char *argv[]) {
int shmid, numtimes;
struct shmseg *shmp;
char *bufptr;
int spaceavailable;
shmid = shmget(SHM_KEY, sizeof(struct shmseg), 0644|IPC_CREAT);
if (shmid == -1) {
perror("Shared memory");
return 1;
}
// Attach to the segment to get a pointer to it.
shmp = shmat(shmid, NULL, 0);
if (shmp == (void *) -1) {
perror("Shared memory attach");
return 1;
}
/* Transfer blocks of data from buffer to shared memory */
bufptr = shmp->buf;
spaceavailable = BUF_SIZE;
for (numtimes = 0; numtimes < 5; numtimes++) {
shmp->cnt = fill_buffer(bufptr, spaceavailable);
shmp->complete = 0;
printf("Writing Process: Shared Memory Write: Wrote %d bytes\n", shmp->cnt);
bufptr = shmp->buf;
spaceavailable = BUF_SIZE;
sleep(3);
}
printf("Writing Process: Wrote %d times\n", numtimes);
shmp->complete = 1;
if (shmdt(shmp) == -1) {
perror("shmdt");
return 1;
}
if (shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) == -1) {
perror("shmctl");
return 1;
}
printf("Writing Process: Complete\n");
return 0;
}
int fill_buffer(char * bufptr, int size) {
static char ch = 'A';
int filled_count;
//printf("size is %d\n", size);
memset(bufptr, ch, size - 1);
bufptr[size-1] = '\0';
if (ch > 122)
ch = 65;
if ( (ch >= 65) && (ch <= 122) ) {
if ( (ch >= 91) && (ch <= 96) ) {
ch = 65;
}
}
filled_count = strlen(bufptr);
//printf("buffer count is: %d\n", filled_count);
//printf("buffer filled is:%s\n", bufptr);
ch++;
return filled_count;
}
編譯并執(zhí)行上面示例代碼,得到以下結(jié)果 -
Writing Process: Shared Memory Write: Wrote 1023 bytes
Writing Process: Shared Memory Write: Wrote 1023 bytes
Writing Process: Shared Memory Write: Wrote 1023 bytes
Writing Process: Shared Memory Write: Wrote 1023 bytes
Writing Process: Shared Memory Write: Wrote 1023 bytes
Writing Process: Wrote 5 times
Writing Process: Complete
以下是讀取過程的代碼(從共享內(nèi)存讀取并寫入標準輸出 - 文件:shm_read.c)
/* Filename: shm_read.c */
#include<stdio.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
#define BUF_SIZE 1024
#define SHM_KEY 0x1234
struct shmseg {
int cnt;
int complete;
char buf[BUF_SIZE];
};
int main(int argc, char *argv[]) {
int shmid;
struct shmseg *shmp;
shmid = shmget(SHM_KEY, sizeof(struct shmseg), 0644|IPC_CREAT);
if (shmid == -1) {
perror("Shared memory");
return 1;
}
// Attach to the segment to get a pointer to it.
shmp = shmat(shmid, NULL, 0);
if (shmp == (void *) -1) {
perror("Shared memory attach");
return 1;
}
/* Transfer blocks of data from shared memory to stdout*/
while (shmp->complete != 1) {
printf("segment contains : \n\"%s\"\n", shmp->buf);
if (shmp->cnt == -1) {
perror("read");
return 1;
}
printf("Reading Process: Shared Memory: Read %d bytes\n", shmp->cnt);
sleep(3);
}
printf("Reading Process: Reading Done, Detaching Shared Memory\n");
if (shmdt(shmp) == -1) {
perror("shmdt");
return 1;
}
printf("Reading Process: Complete\n");
return 0;
}
執(zhí)行上面示例代碼,得到以下結(jié)果 -
segment contains :
"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA"
Reading Process: Shared Memory: Read 1023 bytes
segment contains :
"BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB"
Reading Process: Shared Memory: Read 1023 bytes
segment contains :
"CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC"
Reading Process: Shared Memory: Read 1023 bytes
segment contains :
"DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD"
Reading Process: Shared Memory: Read 1023 bytes
segment contains :
"EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE"
Reading Process: Shared Memory: Read 1023 bytes
Reading Process: Reading Done, Detaching Shared Memory
Reading Process: Complete