System V共享内存实例详解

1. 概述

System V共享内存在概念上类似于Posix共享内存,代之以调用shm_Open后调用mmap的是,先调用shmget,再调用shmat。

对于每个System V共享内存,内核都维护如下的信息结构,它定义在sys/shm.h头文件中,其中带注释的是我们需要关注的成员。

struct shmid_ds
{
    struct ipc_perm  shm_perm;
    size_t           shm_segsz;  //共享内存区大小
    pid_t            shm_lpid;
    pid_t            shm_cpid;
    shmatt_t         shm_nattch;
    shmat_t          shm_cnattch;
    time_t           shm_atime;
    time_t           shm_dtime;
    time_t           shm_ctime;
};

2. System V共享内存API

shmget

shmget用于创建一个新的共享内存或打开一个已存在的共享内存。

//成功返回共享内存标识符,
int shmget(key_t key, size_t size, int oflag);
  • 参数size是共享内存区大小,其余两个参数含义及用法和System V信号量一样
  • 当实际操作为创建新的共享内存时,该内存区size个字节均被初始化为0
  • 当实际操作为打开已有共享内存时,size可设为0,oflag设为需要的读写权限

shmat

shmat用于把shmget创建或打开的共享内存连接到调用进程的地址空间。

//成功返回映射区起始地址,失败返回-1
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int flag);
  • shmid是shmget返回的标识符
  • shmaddr推荐设为NULL,表示由系统决定映射区起始地址
  • flag一般设为0,因为只要调用进程具有共享内存的读写权限,那么映射区内存就也可以读写
  • flag也可以设为SHM_RDONLY限定只读访问

shmdt

shmdt删除由shmat建立的连接。

//成功返回0,失败返回-1
int shmdt(const void *shmaddr);

shmctl

shmctl用于对共享内存的各种控制操作。

//成功返回0,失败返回-1
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

cmd可使用的命令有三个:

  • IPC_RMID:从系统中删除共享内存,此时buf参数设为NULL即可
  • IPC_STAT:通过buf返回共享内存对应的shmid_ds结构,一般用此命令获取共享内存区大小
  • IPC_SET:通过buf设置共享内存对应shmid_ds结构中的shm_perm.uid、shm_perm.gid和shm_perm.mode

3. 简单的程序

代码实现

common.h

#ifndef _COMMON_H_
#define _COMMON_H_

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

#define FTOK_FILE          "/home/delphi/ftok.file"
#define FTOK_ID            1

#define SHM_RD_PERMISSION  0444
#define SHM_WR_PERMISSION  0222
#define SHM_RW_PERMISSION  (SHM_RD_PERMISSION | SHM_WR_PERMISSION)

#endif

shmcreate.c

#include "common.h"

int main(int argc, char **argv)
{
    int length = atoi(argv[1]);
    int oflag = IPC_CREAT | SHM_RW_PERMISSION;
    int shmid = shmget(ftok(FTOK_FILE, FTOK_ID), length, oflag);

    if (shmid >= 0)
    {
        printf("shmget create success, shmid = %d\n", shmid);
    }

    return 0;
}

shmrmid.c

#include "common.h"

int main(int argc, char **argv)
{
    int shmid = shmget(ftok(FTOK_FILE, FTOK_ID), 0, SHM_RW_PERMISSION);
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}

shmwrite.c

#include "common.h"

int main(int argc, char **argv)
{
    int shmid;
    unsigned char *shmadd;
    struct shmid_ds buf;
    int i;

    shmid   = shmget(ftok(FTOK_FILE, FTOK_ID), 0, SHM_RW_PERMISSION);
    shmadd  = shmat(shmid, NULL, 0);
    shmctl(shmid, IPC_STAT, &buf);

    for (i = 0; i < buf.shm_segsz; i++)
    {
        *shmadd++ = i % 256;
    }

    return 0;
}

shmread.c

#include "common.h"

int main(int argc, char **argv)
{
    int shmid;
    unsigned char *shmadd;
    unsigned char v;
    struct shmid_ds buf;
    int error = 0;
    int i;

    shmid   = shmget(ftok(FTOK_FILE, FTOK_ID), 0, SHM_RW_PERMISSION);
    shmadd  = shmat(shmid, NULL, 0);
    shmctl(shmid, IPC_STAT, &buf);

    for (i = 0; i < buf.shm_segsz; i++)
    {
        v = *shmadd++;

        if (v != (i % 256))
        {
            printf("error: shmadd[%d] = %d\n", i, v);
            error++;
        }
    }

    if (error == 0)
    {
        printf("all of read is ok\n");
    }

    return 0;
}

代码测试

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