Linux之共享内存

共享内存

共享内存概念

　　所谓共享内存，就是多个进程间共同地使用同一段物理内存空间，它是通过将同一段物理内存映射到不同进程的虚拟空间来实现的。由于映射到不同进程的虚拟空间中，不同进程可以直接使用，不需要像消息队列那样进行复制，所以共享内存的效率很高。共享内存可以通过mmap()映射普通文件机制来实现，也可以System V共享内存机制来实现，System V是通过映射特殊文件系统shm中的文件实现进程间的共享内存通信，也就是说每个共享内存区域对应特殊文件系统shm中的一个文件。

共享内存原理

　　System V共享内存把所有共享数据放在共享内存区，任何想要访问该数据的进程都必须在本进程的地址空间新增一块内存区域，用来映射存放共享数据的物理内存页面。 System V共享内存通过shmget函数获得或创建一个IPC共享内存区域，并返回相应的标识符，内核在保证shmget获得或创建一个共享内存区，初始化该共享 内存区相应的shmid_kernel结构，同时还将在特殊文件系统shm中创建并打开一个同名文件，并在内存中建立起该文件的相应的dentry及 inode结构，新打开的文件不属于任何一个进程，所有这一切都是系统调用shmget函数完成的。

共享内存相关配置说明

Linux运维人员涉及的共享内存相关配置主要是/etc/sysctl.conf

kernel.shmmax = 4398046511104  # 配置了最大的内存segment的大小
kernel.shmall = 1073741824           # 全部允许使用的共享内存大小
kernel.shmmni = 4096                    # 整个系统的内存segment的总个数

ipcs与ipcrm

ipcs

　　ipcs是Linux下显示进程间通信设施状态的工具。可以显示消息队列、共享内存和信号量的信息。对于程序员非常有用，普通的系统管理员一般用不到此指令。

[root@saltstack ~]# ipcs -h
ipcs provides information on ipc facilities for which you have read access.
Resource Specification:
        -m : shared_mem          # 查看系统使用的IPC共享内存资源
        -q : messages               # 查看系统使用的IPC队列资源
        -s : semaphores            # 查看系统使用的IPC信号量资源
        -a : all (default)             # 默认显示所有
Output Format:
        -t : time
        -p : pid
        -c : creator
        -l : limits
        -u : summary
-i id [-s -q -m] : details on resource identified by id
usage : ipcs -asmq -tclup 
        ipcs [-s -m -q] -i id
        ipcs -h for help.

[root@saltstack ~]# ipcs

------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status      

------ Semaphore Arrays --------
key        semid      owner      perms      nsems     
0x00000000 0          root       600        1         
0x00000000 32769      root       600        1         

------ Message Queues --------
key        msqid      owner      perms      used-bytes   messages   

 

ipcrm

　　使用ipcrm 命令来清除IPC资源：这个命令同时会将与ipc对象相关联的数据也一起移除。当然，只有root用户，或者ipc对象的创建者才有这项权利；

[root@saltstack ~]# ipcrm
usage: ipcrm [ [-q msqid] [-m shmid] [-s semid]
          [-Q msgkey] [-M shmkey] [-S semkey] ... ]
-M：移除用shmkey创建的共享内存段
-m：移除用shmid标识的共享内存段
-Q：移除用msqkey创建的消息队列
-q：移除用msqid标识的消息队列
-S：移除用semkey创建的信号
-s：移除用semid标识的信号

ipcs与ipcrm配合清理使用的资源案例：

ipcs -q | awk '{ print "ipcrm -q "$2}' | sh > /dev/null 2>&1;
ipcs -m | awk '{ print "ipcrm -m "$2}' | sh > /dev/null 2>&1;
ipcs -s | awk '{ print "ipcrm -s "$2}' | sh > /dev/null 2>&1;

ipcs的其他应用

使用ipcs还可以用以确认某个用户是否存在消息队列的堆积
1、查询消息队列
$ipcs -q
------ Message Queues --------
key        msqid      owner      perms      used-bytes   messages
0x49060005 58261504   user1    660        0            0
0x4f060005 58294273   user1    660        0            0

2、找出messages大于0的队列
$ ipcs -q |grep user1 |awk '{if($5>0) print $0}'
0x00000000 1071579324 user1       644        1954530      4826
0x00000000 1071644862 user1       644        1961820      4844
0x00000000 1071677631 user1       644        1944810      4802
0x00000000 1071710400 user1       644        1961820      4844

为什么需要手动释放共享内存？

　　Linux中通过API函数shmget创建的共享内存一般都是在程序中使用shmctl来释放的，但是有时为了调试程序，开发人员可能通过Ctrl + C等方式发送中断信号来结束程序，此时程序申请的共享内存就不能得到释放，当然如果程序没有改动的话，重新运行程序时仍然会使用上次申请的共享内存，但是如果我们修改了程序，由于共享内存的大小不一致等原因会导致程序申请共享内存错误。因此，我们总是希望每次结束时就能释放掉申请的共享内存。

有两种方法可以用来释放共享内存：
第一种：如果总是通过Crtl+C来结束的话，可以做一个信号处理器，当接收到这个信号的时候，先释放共享内存，然后退出程序。
第二种：不管你以什么方式结束程序，如果共享内存还是得不到释放，那么可以通过linux命令ipcrm shm shmid来释放，在使用该命令之前可以通过ipcs -m命令来查看共享内存。