linux 进程学习笔记-共享内存

如果能划定一块物理内存，让多个进程都能将该内存映射到其自身虚拟内存空间的话，那么进程可以通过向这块内存空间读写数据而达到通信的目的。另外，和消息队列不同的是，共享的内存在用户空间而不是核空间，那么就不存在“用户空间和内核空间之间数据复制”的问题，这会减少不少开销。 

由于不同进程都可能向同一个空间读写数据，所以其需要一些同步机制来防止混乱，可以使用的机制有“信号量”“文件锁”等。 

共享内存有mmap和System V Shared Memory, 下面说的是后者。 

  

创建或打开共享内存： 

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg); 

这与创建和打开消息队列的msgget非常类似，其同样用一个key_t类型的key来唯一标识被共享的内存。 size参数表示要创建的共享内存的大小，就像malloc函数一样。 shmflg参数和msgget函数的shmflg参数一样：其有两层含义，一是该参数可以取值IPC_CREATE，表示请求新建共享内存；也可以是 IPC_CREATE|IPC_EXCL的按位组合，表示请求新建共享内存但如果已经存在的话则报错。二是该参数表示权限控制，比如666表示全部可读写。那么如果该参数写成IPC_CREATE|IPC_EXCL|666则表示请求新建共享内存但如果已经存在的话则报错并且权限为666 

  

将共享内存attach到进程自己的虚拟内存空间： 


void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

shmid参数： 

准备attach的共享内存id 

shmaddr参数： 

要将共享内存attach到的进程自己的虚拟空间地址，其需要和shmflg参数结合起来理解。 

1）如果该参数传递一个空指针的话，则共享内存将被attach到由系统自动选择的第一块可能内存 

2）如果该参数不为空： 

2.1）如果 shmflg & SHM_RND 不为0，那么共享内存将被attach到这个地址： 

(shmaddr -((uintptr_t)shmaddr %SHMLBA)).  

其中，SHM_RND标识表示取整对齐（round）, SHMLBA是共享内存低段地址，也就是附加共享内存的边界地址。那么上面的计算公式意思是说：将shmaddr指定的地址移动到第边界地址的整数倍上。相反的，如果shmflg & SHM_RND为0，则直接使用shmaddr指定的地址。 

2.2）如果 (shmflg &SHM_RDONLY) 不为0，那么共享内存将变得只读（如果有读权限的话），相反的，(shmflg &SHM_RDONLY) 为0，则共享内存可读可写（如果有写权限的话） 

当attach成功后，共享内存在进程虚拟空间中的首地址将被返回，这时你就可以像操作普通内存一样来使用它了。 

  

attach的反向操作：将共享内存从进程的内存空间脱离 

int shmdt(const void *shmaddr); 

shmaddr参数就是原来attach上时的地址。 

  

共享内存所对应的数据结构（shmid_ds）和消息队列的数据结构（msqid_ds）非常的类似，相关操作也雷同： 


struct shmid_ds {
         struct ipc_perm         shm_perm;       /* operation perms */
         int                     shm_segsz;      /* size of segment (bytes) */
         __kernel_time_t         shm_atime;      /* last attach time */
         __kernel_time_t         shm_dtime;      /* last detach time */
         __kernel_time_t         shm_ctime;      /* last change time */
         __kernel_ipc_pid_t       shm_cpid;       /* pid of creator */
         __kernel_ipc_pid_t       shm_lpid;       /* pid of last operator */
         unsigned short          shm_nattch;     /* no. of current attaches */
         unsigned short          shm_unused;     /* compatibility */
         void                   *shm_unused2;   /* ditto - used by DIPC */
         void                   *shm_unused3;   /* unused */
 };
 
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

第一个参数表示要操作的共享内存的id 

cmd参数表示要执行的操作，与msgctl函数类似： 

1）IPC_STAT获取消息队列属性信息，并将这些信息放置到第3个参数所设置的buffer中 

2）IPC_SET 根据buffer中的数据设置消息队列的一些属性，并非所有属性都可设置，其仅仅限于：ipc_perm.uid，ipc_perm.gid，ipc_perm.mode 这几种 

3）IPC_RMID 删除消息队列。 

注：IPC_SET和IPC_RMID都会进行相应的权限检查，只有具备权限的进程才能执行相关操作