POSIX共享内存

DESCRIPTION

共享内存是最快的可用IPC形式。它允许多个不相关(无亲缘关系)的进程去访问同一部分逻辑内存。

如果需要在两个进程之间传输数据，共享内存将是一种效率极高的解决方案。一旦这样的内存区映射到共享它的进程的地址空间，这些进程间数据的传输就不再涉及内核。这样就可以减少系统调用时间，提高程序效率。

共享内存是由IPC为一个进程创建的一个特殊的地址范围，它将出现在进程的地址空间中。其他进程可以把同一段共享内存段“连接到”它们自己的地址空间里去。所有进程都可以访问共享内存中的地址。如果一个进程向这段共享内存写了数据，所做的改动会立刻被有访问同一段共享内存的其他进程看到。

要注意的是共享内存本身没有提供任何同步功能。也就是说，在第一个进程结束对共享内存的写操作之前，并没有什么自动功能能够预防第二个进程开始对它进行读操作。共享内存的访问同步问题必须由程序员负责。可选的同步方式有互斥锁、条件变量、读写锁、纪录锁、信号灯。

实际上，进程之间在共享内存时，并不总是读写少量数据后就解除映射，有新的通信时，再重新建立共享内存区域。而是保持共享区域，直到通信完毕为止。

 

POSIX Shared Memory API

使用POSIX共享内存需要用到下面这些API:

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>        /* For mode constants */
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>           /* For O_* constants */
#include <unistd.h>

int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);
int shm_unlink(const char *name);
int ftruncate(int fildes, off_t length);
void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fildes, off_t off);
int munmap(void *addr, size_t len);
int close(int fildes);
int fstat(int fildes, struct stat *buf);
int fchown(int fildes, uid_t owner, gid_t group);
int fchmod(int fildes, mode_t mode);

shm_open

穿件并打开一个新的共享内存对象或者打开一个既存的共享内存对象, 与函数open的用法是类似的. 函数返回值是一个文件描述符,会被下面的API使用.

ftruncate

设置共享内存对象的大小,新创建的共享内存对象大小为0.

mmap

将共享内存对象映射到调用进程的虚拟地址空间.

munmap

取消共享内存对象到调用进程的虚拟地址空间的映射.

shm_unlink

删除一个共享内存对象名字.

close

当shm_open函数返回的文件描述符不再使用时,使用close函数关闭它.

fstat

获得共享内存对象属性的stat结构体. 结构体中会包含共享内存对象的大小(st_size), 权限(st_mode), 所有者(st_uid), 归属组 (st_gid).

fchown

改变一个共享内存对象的所有权.

fchmod

改变一个共享内存对象的权限.

 

Persistence(持续性)

POSIX 共享内存随内核持续: 共享内存对象会一直存在,直到系统关闭 或者 一个进程取消内存映射(unmapped)并且调用shm_unlink来删除共享内存对象.

Linking(链接库)

必须链接rt(librt)库,也就是real-time library.

-lrt

 

Accessing shared memory objects via the file system

在Linux系统中, 共享内存对象是在虚拟文件系统(tmpfs)中创建的, 通常挂载在目录 /dev/shm 下.

Linux从内核2.4 和glibc 2.2版本开始支持POSIX共享内存.

 

从Linux内核2.6.19版本起, Linux支持使用访问控制列表(ACLs) 来控制虚拟文件系统中对象的权限.

 

Inherit

to be continued...

 

CONFORMING TO(遵守的彼岸准)

POSIX.1-2001.

 

NOTES

多进程必须使用同步机制来访问共享内存对象, 比如使用POSIX信号量.

System V 的共享内存是过时的, POSIX共享内存提供了使用更简单、设计更合理的API.