Linux多进程20-共享内存
共享内存
- 共享内存允许两个或多个进程共享物理内存的同一块区域(通常称为段)
- 一个共享内存段会成为一个进程用户空间的一部分, 因此这种IPC机制无需内核介入, 所有需要做的就是让一个进程将数据复制进共享内存中, 并且这部分数据会对其他所有共享同一个段的进程可用
- 管道是要求发送进程将数据从用户空间的缓冲区复制进内核内存, 接收进程将数据从内核内存复制进用户空间的缓冲区, 由于来回的复制, 所以共享内存这种IPC技术速度更快
共享内存使用步骤
- 调用 shmget() 创建一个新共享内存段或取得一个既有共享内存段的标识符（即由其
- 使用 shmat() 来附上共享内存段，即使该段成为调用进程的虚拟内存的一部分。
- 此刻在程序中可以像对待其他可用内存那样对待这个共享内存段。为引用这块共享内存，
程序需要使用由 shmat() 调用返回的 addr 值，它是一个指向进程的虚拟地址空间
中该共享内存段的起点的指针。 - 调用 shmdt() 来分离共享内存段。在这个调用之后，进程就无法再引用这块共享内存
了。这一步是可选的，并且在进程终止时会自动完成这一步。 - 调用 shmctl() 来删除共享内存段。只有当当前所有附加内存段的进程都与之分离之
后内存段才会销毁。只有一个进程需要执行这一步。
获取 -> 绑定 -> 解绑 -> 删除
操作函数
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
- 功能: 创建一个新的共享内存段, 或者获取一个既有的共享内存段的标识
新创建的内存段的数据都会被初始化为0
- 参数:
- key: key_t 整形, 通过这个可以找到或者创建一个共享内存, 一般使用16进制表示, 非0值
- size: 共享内存大小
- shmflg: 共享内存属性
- 访问权限
- 附加属性: 创建/判断共享内存是否存在
- 创建: IPC_CREAT
- 判断共享内存是否存在: IPC_EXCL, 需要和IPC_CREAT一起用
如: IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0664
- 返回值:
失败 -1并设置错误号;
成功 >0的值,共享内存引用的ID, 后面通过这个值操作共享内存
----------------------------------------------------
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
- 功能: 与当前进程进行关联
- 参数:
- shmid: 共享内存的标识(ID), 由shmget返回值获取
- shmaddr: 申请的共享内存的起始地址, 指定为NULL, 由内核指定
- shmflg: 对共享内存的操作
- 读: SHM_RDONLY, 必须要有读权限
- 读写: 0
- 返回值: 成功-共享内存的首地址; 失败(void*)-1
---------------------------------------------------
int shmdt(const void *shmaddr);
- 功能: 解除当前进程和共享内存的关联
- 参数:
shmaddr: 共享内存的首地址
- 返回值: 成功0, 失败-1
----------------------------------------------------
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
- 功能: 对共享内存操作, 主要用来删除共享内存, 共享内存要删除才会消失, 创建共享内存的进程被销毁对共享内存没有影响
- 参数:
- shmid: 共享内存的ID
- cmd: 操作
- IPC_STAT: 获取共享内存的当前状态
- IPC_SET: 设置共享内存的状态
- IPC_RMID: 标记共享内存被销毁
- buf: 需要设置或者获取的共享内存的属性信息
- IPC_STAT: buf存储数据
- IPC_SET: buf中需要初始化数据, 设置到内核中
- IPC_RMID: 没有用,NULL
struct shmid_ds {
struct ipc_perm shm_perm; /* Ownership and permissions */
size_t shm_segsz; /* Size of segment (bytes) */
time_t shm_atime; /* Last attach time */
time_t shm_dtime; /* Last detach time */
time_t shm_ctime; /* Last change time */
pid_t shm_cpid; /* PID of creator */
pid_t shm_lpid; /* PID of last shmat(2)/shmdt(2) */
shmatt_t shm_nattch; /* No. of current attaches */
...
};
---------------------------------------------------
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
- 功能: 根据指定的路径名和int值, 生成共享内存的key
- 参数:
- pathname: 指定一个存在的路径
/home/.../...x/a.txt
- proj_id: int类型值, 但系统调用只会使用其中的1个字节
范围: 0-255 一般指定一个字符'a'
注意: 每次传入的参数一样, 生成的key也是一样
实例: 通过共享内存进行进程间通信
write_shm.c
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
//创建共享内存
int shmid = shmget(100, 4096, IPC_CREAT | 0664);
printf("shmid: %d\n", shmid);
//和当前进程进行关联
void *ptr = shmat(shmid, NULL, 0);
char *str = "helloworld";
//写数据
memcpy(ptr, str, strlen(str) + 1);
printf("按任意键继续\n");
getchar();
//解除关联
shmdt(ptr);
//删除共享内存
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
return 0;
}
read_shm.c
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
//获取共享内存
int shmid = shmget(100, 0, IPC_CREAT);
printf("shmid: %d\n", shmid);
//和当前进程进行关联
void *ptr = shmat(shmid, NULL, 0);
char *str = "helloworld";
//读数据
printf("%s\n", (char *)ptr);
printf("按任意键继续\n");
getchar();
//解除关联
shmdt(ptr);
//删除共享内存
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
return 0;
}
运行
$./writeShm
shmid: 5
按任意键继续
$./readShm
shmid: 5
helloworld
按任意键继续
总结
操作系统如何知道一块共享内存被多少个进程关联?
- 共享内存维护了一个结构体struct shmid_ds 这个结构体中有一个成员 shm_nattach, 记录了关联的进程个数
常用的共享内存操作命令
◼ ipcs 用法
ipcs -a // 打印当前系统中所有的进程间通信方式的信息
ipcs -m // 打印出使用共享内存进行进程间通信的信息
ipcs -q // 打印出使用消息队列进行进程间通信的信息
ipcs -s // 打印出使用信号进行进程间通信的信息
◼ ipcrm 用法
ipcrm -M shmkey // 移除用shmkey创建的共享内存段
ipcrm -m shmid // 移除用shmid标识的共享内存段
ipcrm -Q msgkey // 移除用msqkey创建的消息队列
ipcrm -q msqid // 移除用msqid标识的消息队列
ipcrm -S semkey // 移除用semkey创建的信号
ipcrm -s semid // 移除用semid标识的信号
能否对共享内存进行多次删除 shmctl
- 可以, shmctl只是标记删除共享内存, 不是直接删除
- 当和共享内存进程关联数为0, 就真正删除
- 当共享内存的key为0时, 被标记删除, 如果一个进程和共享内存取消关联, 该进程不能继续操作这个共享内存, 也不能再次关联
共享内存和内存映射的区别
-
共享内存可以直接创建, 内存映射需要磁盘文件(匿名映射除外)
-
共享内存效率更高
-
内存
- 所有进程操作的是同一块共享内存
- 内存映射, 每个进程在自己的虚拟地址空间中有一个独立的内存
-
数据安全
- 进程突然退出, 共享内存还存在, 内存映射区消失
- 运行进程的电脑死机, 数据存在共享内存中消失, 内存映射区的数据还存在是因为磁盘文件中的数据存在
-
生命周期
-
内存映射区: 进程退出, 内存映射区销毁
-
共享内存: 进程退出, 共享内存还在, 标记删除(所有的关联进程数为0), 或者关机, 如果一个进程退出, 会自动和共享内存取消关联
-
