共享內存 IPC 原理

共享內存進程間通信機制主要用于實現進程間大量的數據傳輸，下圖所示為進程間使用共享內存實現大量數據傳輸的示意圖：

共享內存是在內存中單獨開辟的一段內存空間，這段內存空間有自己特有的數據結構，包括訪問權限、大小和最近訪問的時間等。該數據結構定義如下：

from /usr/include/linux/shm.h

struct shmid_ds {
struct ipc_perm shm_perm; /* operation perms 操作權限 */
int shm_segsz; /* size of segment (bytes) 段長度大小 */
__kernel_time_t shm_atime; /* last attach time 最近attach時間 */
__kernel_time_t shm_dtime; /* last detach time 最近detach時間 */
__kernel_time_t shm_ctime; /* last change time 最近change時間 */
__kernel_ipc_pid_t shm_cpid; /* pid of creator 創建者pid */
__kernel_ipc_pid_t shm_lpid; /* pid of last operator 最近操作pid */
unsigned short shm_nattch; /* no. of current attaches */
unsigned short shm_unused; /* compatibility */
void *shm_unused2; /* ditto - used by DIPC */
void *shm_unused3; /* unused */
};

兩個進程在使用此共享內存空間之前，需要在進程地址空間與共享內存空間之間建立聯系，即將共享內存空間掛載到進程中。

系統對共享內存做了以下限制：

#define SHMMAX 0x2000000 /* max shared seg size (bytes) 最大共享段大小 */#define SHMMIN 1 /* min shared seg size (bytes) 最小共享段大小 */#define SHMMNI 4096 /* max num of segs system wide */#define SHMALL (SHMMAX/getpagesize()*(SHMMNI/16))#define SHMSEG SHMMNI /* max shared segs per process */

Linux 共享內存管理

1.創建共享內存

#include  #include

/* * 第一個參數為 key 值，一般由 ftok() 函數產生 * 第二個參數為欲創建的共享內存段大小(單位為字節) * 第三個參數用來標識共享內存段的創建標識 */

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

2.共享內存控制

#include  #include

/* * 第一個參數為要操作的共享內存標識符 * 第二個參數為要執行的操作 * 第三個參數為 shmid_ds 結構的臨時共享內存變量信息 */

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

3.映射共享內存對象

系統調用 shmat() 函數實現將一個共享內存段映射到調用進程的數據段中，并返回內存空間首地址，其函數聲明如下：

#include #include

/* * 第一個參數為要操作的共享內存標識符 * 第二個參數用來指定共享內存的映射地址，非0則為此參數，為0的話由系統分配 * 第三個參數用來指定共享內存段的訪問權限和映射條件 */

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

4.分離共享內存對象

在使用完畢共享內存空間后，需要使用 shmdt() 函數調用將其與當前進程分離。函數聲明如下：

#include #include

/* * 參數為分配的共享內存首地址 */

int shmdt(const void *shmaddr);

共享內存在父子進程間遵循的約定

1.使用 fork() 函數創建一個子進程后，該進程繼承父親進程掛載的共享內存。

2.如果調用 exec() 執行一個新的程序，則所有掛載的共享內存將被自動卸載。

3.如果在某個進程中調用了 exit() 函數，所有掛載的共享內存將與當前進程脫離關系。

程序實例

申請一段共享內存，父進程在首地址處存入一整數，子進程讀出。

#include#include #include #include #include#include#define SHM_SIZE 1024int main(){int shm_id, pid;int *ptr = NULL;

/* 申請共享內存 */

shm_id = shmget((key_t)1004, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0600);

/* 映射共享內存到進程地址空間 */

ptr = (int*)shmat(shm_id, 0, 0);printf("Attach addr is %p \n", ptr);

*ptr = 1004;printf("The Value of Parent is : %d \n", *ptr);if((pid=fork()) == -1){
perror("fork Err");exit(0);
}else if(!pid){printf("The Value of Child is : %d \n", *ptr);exit(0);
}else{
sleep(1);

/* 解除映射 */

shmdt(ptr);

/* 刪除共享內存 */

shmctl(shm_id, IPC_RMID, 0);
}return 0;
}

輸出結果：