c语言学习之共享内存

前言

简介

共享内存是可被多个进程读取的内存。用特殊的系统调用分配和释放内存并设置权限；通过一般的读写操作读写内存段中的数据。使用共享内存是进程间进行本地通信的方法之一。最重要的是，它能够较少由于Ｉ/Ｏ操作带来的开销。

适用范围

它适用于任何类型的协作，尤其适合需要安全性的情况。

来源

共享内存并非从某一个进程中划分出来的，进程的内存总是私有的，而共享内存是从系统的空闲内存池中分配的，希望访问它的每个进程连接它。这个连接过程称为映射，它给共享内存段分配每个进程的地址空间中的本地地址。

API

有两套共享内存 API：POSIX API 和比较老（但是仍然有效）的 System V API。下面做了一个简单的对比。

	POSIX API	system V API
获取共享内存ID	int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);	int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
映射内存	void mmap(void addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);	void shmat(int shmid, const void shmaddr, int shmflg);
解除映射	int munmap(void *addr, size_t length);	void shmat(int shmid, const void shmaddr, int shmflg);

因为 POSIX 是 UNIX 和 Linux® 及其衍生系统上的公认标准，所以下面介绍POSIX API。

POSIX 为创建、映射、同步和取消共享内存段提供五个入口点：

int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);
功能描述：创建或者打开已经存在的共享内存块
返回值：成功返回文件描述符，失败返回-1
name：共享内存区的名称
oflag：标志位，可选择读，写等
mode：权限位
int shm_unlink(const char *name);
功能描述：
根据（shm_open() 返回的）文件描述符，删除共享内存段。实际上，这个内存段直到访问它的所有进程都退出时才会删除，这与在 UNIX 中删除文件很相似。但是，调用 shm_unlink() （通常由原来创建共享内存段的进程调用）之后，其他进程就无法访问这个内存段了。
返回值：失败返回-1
name：共享内存区名称
void mmap(void addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);
功能描述：把共享内存段映射到进程的内存。这个系统调用需要 shm_open() 返回的文件描述符，它返回指向内存的指针。在某些情况下，还可以把一般文件或另一个设备的文件描述符映射到内存。
返回值：成功返回映射区地址，失败返回-1
addr：映射区的开始地址，设置为0时表示由系统决定映射区的起始地址
length：映射区的长度，以字节为单位。
prot：内存保护标志
flags：标志位
fd：文件描述符
offset：被映射对象内容的起点。
void mmap(void addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
功能描述：作用与 mmap() 相反。
返回值：成功返回0，失败返回-1
int msync(void *addr, size_t length, int flags);
功能描述：用来让共享内存段与文件系统同步 — 当把文件映射到内存时，这种技术有用。
返回值：成功返回0，失败返回-1
addr：文件映射到进程空间的地址；
length：映射空间的大小；
flags：刷新的参数设置，可以取值MS_ASYNC/ MS_SYNC/ MS_INVALIDATE
fd：文件描述符
offset：被映射对象内容的起点
使用过程
1.创建内存段（shm_open）
2.映射内存段（mmap）
3.使用
4.删除（munmap()，shm_unlink）

程序示例

下面的程序简单说明了共享内存的使用方法。在开辟一片共享内存区域后，子进程写入数据，而父进程在子进程写入数据后，将数据读出，并打印。具体代码如下：

/*================================================================
*   Copyright (C) 2018  Ltd. All rights reserved.
*   
*   文件名称：mmap.c
*   创 建 者：hyb
*   创建日期：2018年01月07日
*   描    述：
*
================================================================*/
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/file.h>
#include<sys/mman.h>
#include<sys/wait.h>
#include<fcntl.h>
void error_and_die(const char *msg)
{
	perror(msg);
	exit(-1);
}

int main(int argc,char *argv[])
{
	int r=0;
	const char *memname = "sample";
	const size_t region_size=sysconf(_SC_PAGE_SIZE);
	int fd=shm_open(memname,O_CREAT|O_TRUNC|O_RDWR,0666);
	if(-1 == fd)
	{
	    error_and_die("shm_open");
	}
	//修改ｆｄ指针指向文件或者内存区的大小
	r=ftruncate(fd,region_size);
	if(r!=0)
	{
	    error_and_die("ftruncate");
		
	}
	//将ｐｔｒ指针指向共享内存区
	void *ptr = mmap(0,region_size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
	if(NULL == ptr)
	{
	    error_and_die("mmap");
	}
	close(fd);
	pid_t pid=fork();

	if(pid==0)
	{
	    //子进程写入数据
	    char *d=(char *)ptr;
	    snprintf(d,region_size,"hello world");
	    exit(0);
	}
	else
	{
	    //等待子进程退出后，读取共享内存数据
	    int status;
	    waitpid(pid,&status,0);
	    printf("child wrote %s\n",(char *)ptr);
	}
	//解除内存映射
	r=munmap(ptr,region_size);
	if(r!=0)
	{
	    error_and_die("munmap");
	}
	//删除共享内存
	r=shm_unlink(memname);
	if(0!=r)
	{
	    error_and_die("shm_unlink");
	}

	return 0;
}

编译:

1	gcc -g mmap.c -lrt -o mmap

运行:

1	child wrote hello world

总结

本文简单介绍了共享内存以及简单使用。后面将会有更多的介绍。

前言

简介

适用范围

来源

API

使用过程

程序示例

总结