ubuntu linux c学习笔记----共享内存(shmget,shmat,shmdt,shmctl)

时间：2021-07-18 10:13:08

shmget

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

key: 标识符的规则

size:共享存储段的字节数

flag:读写的权限

返回值：成功返回共享存储的id，失败返回-1

key_t key

key标识共享内存的键值: 0/IPC_PRIVATE。 当key的取值为IPC_PRIVATE，则函数shmget()将创建一块新的共享内存；如果key的取值为0，而参数shmflg中设置了IPC_PRIVATE这个标志，则同样将创建一块新的共享内存。

在IPC(InterProcess Communication)的通信模式下，不管是使用消息队列还是共享内存，甚至是信号量，每个IPC的对象(object)都有唯一的名字，称为“键”(key)。通过“键”，进程能够识别所用的对象。“键”与IPC对象的关系就如同文件名称之于文件，通过文件名，进程能够读写文件内的数据，甚至多个进程能够共用一个文件。而在IPC的通讯模式下，通过“键”的使用也使得一个IPC对象能为多个进程所共用。

Linux系统中的所有表示System V中IPC对象的数据结构都包括一个ipc_perm结构，其中包含有IPC对象的键值，该键用于查找System V中IPC对象的引用标识符。如果不使用“键”，进程将无法存取IPC对象，因为IPC对象并不存在于进程本身使用的内存中。

通常，都希望自己的程序能和其他的程序预先约定一个唯一的键值，但实际上并不是总可能的成行的，因为自己的程序无法为一块共享内存选择一个键值。因此，在此把key设为IPC_PRIVATE，这样，操作系统将忽略键，建立一个新的共享内存，指定一个键值，然后返回这块共享内存IPC标识符ID。而将这个新的共享内存的标识符ID告诉其他进程可以在建立共享内存后通过派生子进程，或写入文件或管道来实现。

int size(单位字节Byte)

size是要建立共享内存的长度。所有的内存分配操作都是以页为单位的。所以如果一段进程只申请一块只有一个字节的内存，内存也会分配整整一页(在i386机器中一页的缺省大小PACE_SIZE=4096字节)这样，新创建的共享内存的大小实际上是从size这个参数调整而来的页面大小。即如果size为1至4096，则实际申请到的共享内存大小为4K(一页)；4097到8192，则实际申请到的共享内存大小为8K(两页)，依此类推。

int shmflg

shmflg主要和一些标志有关。其中有效的包括IPC_CREAT和IPC_EXCL，它们的功能与open()的O_CREAT和O_EXCL相当。

IPC_CREAT 如果共享内存不存在，则创建一个共享内存，否则打开操作。

IPC_EXCL 只有在共享内存不存在的时候，新的共享内存才建立，否则就产生错误。

如果单独使用IPC_CREAT，shmget()函数要么返回一个已经存在的共享内存的操作符，要么返回一个新建的共享内存的标识符。如果将IPC_CREAT和IPC_EXCL标志一起使用，shmget()将返回一个新建的共享内存的标识符；如果该共享内存已存在，或者返回-1。IPC_EXEL标志本身并没有太大的意义，但是和IPC_CREAT标志一起使用可以用来保证所得的对象是新建的，而不是打开已有的对象。对于用户的读取和写入许可指定SHM_R和SHM_W,(SHM_R>3)和(SHM_W>3)是一组读取和写入许可，而(SHM_R>6)和(SHM_W>6)是全局读取和写入许可。

需要注意的是，使用参数要加上 | 0666 作为校验，在有些Linux系统中，如果不加此校验，则不能顺利获取共享空间的值（如Ubuntu）。此外，有两个常用参数，一般要同时出现，他们是：S_IRUSH | S_IWUSR 。由于这两个参数非常常用，程序员一般做这样的操作

　　#define PERM S_IRUSR | S_IWUSR | IPC_CREAT

　　这样一来，第三个参数就可以直接用PERM来表示了！

返回值

成功返回共享内存的标识符；不成功返回-1，errno储存错误原因。

EINVAL 参数size小于SHMMIN或大于SHMMAX。

EEXIST 预建立key所致的共享内存，但已经存在。

EIDRM 参数key所致的共享内存已经删除。

ENOSPC 超过了系统允许建立的共享内存的最大值(SHMALL )。

ENOENT 参数key所指的共享内存不存在，参数shmflg也未设IPC_CREAT位。

EACCES 没有权限。

ENOMEM 核心内存不足。

struct shmid_ds

shmid_ds数据结构表示每个新建的共享内存。当shmget()创建了一块新的共享内存后，返回一个可以用于引用该共享内存的shmid_ds数据结构的标识符。


include/linux/shm.h

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 */
};

struct ipc_perm

对于每个IPC对象，系统共用一个struct ipc_perm的数据结构来存放权限信息，以确定一个ipc操作是否可以访问该IPC对象。

struct ipc_perm {
        __kernel_key_t   key;
        __kernel_uid_t   uid;
        __kernel_gid_t   gid;
        __kernel_uid_t   cuid;
        __kernel_gid_t   cgid;
        __kernel_mode_t mode;
        unsigned short   seq;
};

shmat

void *shmat(int shmid, const void *addr, int flag);

shmid：共享存储的id

addr：一般为0，表示连接到由内核选择的第一个可用地址上，否则，如果flag没有指定SH

M_RND，则连接到addr所指定的地址上，如果flag为SHM_RND，则地址取整

flag：如前所述，一般为0

返回值：如果成功，返回共享存储段地址，出错返回-1

共享存储器的执行方式是将一个储存器区段标记为共用，这时各进程可以把这个区段映射到该进程本身的虚拟地址里。建立共享存储器可通过shmget系统调用，shmget执行后，核心程序就保留一块指定大小的空间，同时关于此共享存储器的一切数据，如区段的长度，区段的存取权，区段建立者的进程识别码等存入一个叫shmid_ds的结构。现在共享存储器虽然已经建立了，可是仍无法连上它，这时就须通过shmat系统调用得到一个指向共享存储器基址的指针，通过此指针，就可以如同于操作一般存储器似的取用共享存储器。shmdt进行相反的工作，用来脱离已连上的共享存储器。

shmdt

int shmdt(void *addr);

addr:共享存储段的地址，以前调用shmat时的返回值

shmdt将使相关shmid_ds结构中的shm_nattch计数器值减1

当一个进程不再需要共享内存段时，它将调用shmdt()系统调用取消这个段，但是，这并不是从内核真正地删除这个段，而是把相关shmid_ds结构的 shm_nattch域的值减1，当这个值为0时，内核才从物理上删除这个共享段

shmctl

int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf)

shmid:共享存储段的id

cmd：一些命令

IPC_STAT 得到共享内存的状态

IPC_SET 改变共享内存的状态

IPC_RMID 删除共享内存

IPC_RMID 命令实际上不从内核删除一个段，而是仅仅把这个段标记为删除，实际的删除发生在最后一个进程离开这个共享段时。

请注意，共享内存不会随着程序结束而自动消除，要么调用shmctl删除，要么自己用手敲命令去删除，否则永远留在系统中。

实例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define PERM S_IRUSR|S_IWUSR  

int main(int argc,char **argv){
    int shmid;
    char *p_addr,*c_addr;
    if(argc!=2){
        fprintf(stderr,"Usage：%s\n\a",argv[0]);
        exit(1);
    }  

    if((shmid=shmget(IPC_PRIVATE,1024,PERM))==-1){
        fprintf(stderr,"Create Share Memory Error：%s\n\a",strerror(errno));
        exit(1);
    }  

    if(fork()){
        p_addr=shmat(shmid,0,0);
        memset(p_addr,'\0',1024);
        strncpy(p_addr,argv[1],1024);
        exit(0);
    }else{
        c_addr=shmat(shmid,0,0);
        printf("Client get %s",c_addr);
        exit(0);
    }
}

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