6.12 共享内存（内存映射的使用、注意事项、进程间通信、systemV共享内存）

news2025/2/13 2:25:22

system V IPC

共享内存

共享内存使用步骤

system V IPC -key

system V IPC -ftok

system V IPC -ftok-示例

共享内存创建-shmget

共享内存创建-shmget-示例1

共享内存创建-shmget-示例2

共享内存映射-shmat

共享内存读写 - 示例

共享内存撤销映射 - shmdt

共享内存撤销映射 - shmctl

共享内存 - 注意事项

system V IPC

IPC 对象包含：共享内存、消息队列和信号灯集每个IPC对象有唯一的ID 用Key关联 IPC对象创建后一直存在，直到被显式地删除 ipcs / ipcrm

共享内存

共享内存是一种最为高效的进程间通信方式，进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝共享内存在内核空间创建，可被进程映射到用户空间访问，使用灵活由于多个进程可同时访问共享内存，因此需要同步和互斥机制配合使用

共享内存使用步骤

生成key
创建/打开共享内存
映射共享内存，即把指定的共享内存映射到进程的地址空间用于访问
读写共享内存
撤销共享内存映射
删除共享内存对象

system V IPC -key

system V IPC -ftok

 #include  <sys/types.h>
 #include <sys/ipc.h>
 key_t  ftok(const char *path,  int proj_id);
 //成功时返回合法的key值，失败时返回EOF
 path  //存在且可访问的文件的路径
 proj_id  //用于生成key的数字，范围1-255。

system V IPC -ftok-示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>  
#include <sys/ipc.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
   key_t key;

   if ((key = ftok(“.”, ‘a’)) == -1) {
      perror(“key”);
      exit(-1);
   }

共享内存创建-shmget

 #include <sys/ipc.h>
 #include <sys/shm.h>
 int shmget(key_t key, int size, int shmflg);

 //成功时返回共享内存的id，失败时返回EOF
 key  //和共享内存关联的key，IPC_PRIVATE 或 ftok生成
 shmflg //共享内存标志位  IPC_CREAT|0666

共享内存创建-shmget-示例1

//要求：创建一个私有的共享内存，大小为512字节，权限为0666
  int shmid;
  if ((shmid = shmget(IPC_PRIVATE, 512, 0666)) < 0) {
     perror(“shmget”);
     exit(-1);
  }

共享内存创建-shmget-示例2

//要求：创建/打开一个和key关联的共享内存，大小为1024字节，权限为0666
  key_t key;
  int shmid;

  if ((key = ftok(“.”, ‘m’)) == -1) {
     perror(“ftok”);
     exit(-1);
  }
  if ((shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT|0666)) < 0) {
     perror(“shmget”);
     exit(-1);
  }

共享内存映射-shmat

 #include <sys/ipc.h>
 #include <sys/shm.h>
 void  *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

  //成功时返回映射后的地址，失败时返回(void *)-1
  shmid   //要映射的共享内存id
  shmaddr //映射后的地址， NULL表示由系统自动映射
  shmflg  //标志位  0表示可读写；SHM_RDONLY表示只读

共享内存读写 - 示例

//通过指针访问共享内存，指针类型取决于共享内存中存放的数据类型

//例如：在共享内存中存放键盘输入的字符串 

      char *addr;
      int  shmid;
      
      if ((addr = (char *)shmat(shmid, NULL, 0)) == (char *)-1) {
         perror(“shmat”);
         exit(-1);
      }
      fgets(addr, N, stdin);

共享内存撤销映射 - shmdt

 #include <sys/ipc.h>
 #include <sys/shm.h>
 int  shmdt(void *shmaddr);

 //成功时返回0，失败时返回EOF
 //不使用共享内存时应撤销映射
 //进程结束时自动撤销

共享内存撤销映射 - shmctl

 #include <sys/ipc.h>
 #include <sys/shm.h>
 int  shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

 //成功时返回0，失败时返回EOF
  shmid //要操作的共享内存的id
  cmd   //要执行的操作  IPC_STAT  IPC_SET  IPC_RMID
  buf   //保存或设置共享内存属性的地址

共享内存 - 注意事项

每块共享内存大小有限制
ipcs -l
cat /proc/sys/kernel/shmmax

共享内存删除的时间点
添加删除标记
nattach 变成0时真正删除

笔记：

内存映射

概念：

使一个磁盘文件与内存中的一个缓冲区相映射，进程可以像访问普通内存一样对文件进行访问，不必再调用read,write。

mmap()的优点：

实现了用户空间和内核空间的高效交互方式

函数定义：

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

功能：创建共享内存映射

函数返回值：成功返回创建的映射区首地址，失败返回MAP_FAILED（ ((void *) -1) ），设置errno值

参数说明：

addr：指定要映射的内存地址，一般设置为 NULL 让操作系统自动选择合适的内存地址。

length：必须>0。映射地址空间的字节数，它从被映射文件开头 offset 个字节开始算起。

prot：指定共享内存的访问权限。可取如下几个值的可选：PROT_READ（可读）, PROT_WRITE（可写）, PROT_EXEC（可执行）, PROT_NONE（不可访问）。

flags：由以下几个常值指定：MAP_SHARED（共享的） MAP_PRIVATE（私有的）, MAP_FIXED（表示必须使用 start 参数作为开始地址，如果失败不进行修正），其中，MAP_SHARED , MAP_PRIVATE必选其一，而 MAP_FIXED 则不推荐使用。MAP_ANONYMOUS（匿名映射，用于血缘关系进程间通信）

fd：表示要映射的文件句柄。如果匿名映射写-1。

offset：表示映射文件的偏移量，一般设置为 0 表示从文件头部开始映射。

注意事项：

（1）创建映射区的过程中，隐含着一次对映射文件的读操作，将文件内容读取到映射区。

（2）当MAP_SHARED时，要求：映射区的权限应 <=文件打开的权限(出于对映射区的保护)，如果不满足报非法参数（Invalid argument）错误。

当MAP_PRIVATE时候，mmap中的权限是对内存的限制，只需要文件有读权限即可，操作只在内存有效，不会写到物理磁盘，且不能在进程间共享。

（3）映射区的释放与文件关闭无关，只要映射建立成功，文件可以立即关闭。

（4）用于映射的文件大小必须>0，当映射文件大小为0时，指定非0大小创建映射区，访问映射地址会报总线错误，指定0大小创建映射区，报非法参数错误（Invalid argument）

（5）文件偏移量必须为0或者4K的整数倍（不是会报非法参数Invalid argument错误）.

（6）映射大小可以大于文件大小，但只能访问文件page的内存地址，否则报总线错误，超出映射的内存大小报段错误

（7）mmap创建映射区出错概率非常高，一定要检查返回值，确保映射区建立成功再进行后续操作。

mmap()映射的种类：