共享内存 - 芒果文档

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📜 共享内存

📅 最后修改于: 2021-01-18 06:40:53 🧑 作者: Mango

共享内存是两个或多个进程之间共享的内存。但是，为什么我们需要共享内存或其他通信方式?

重申一下，每个进程都有其自己的地址空间，如果任何进程希望通过其自身的地址空间与其他进程进行一些信息通信，则只有使用IPC(进程间通信)技术才有可能。我们已经知道，通信可以在相关或不相关的流程之间进行。

通常，使用管道或命名管道执行相互关联的过程通信。可以使用命名管道或通过共享内存和消息队列的流行IPC技术来执行不相关的进程(例如，一个进程在一个终端中运行而另一个进程在另一个终端中)通信。

我们已经了解了管道和命名管道的IPC技术，现在是时候了解其余IPC技术了，即共享内存，消息队列，信号量，信号和内存映射。

在本章中，我们将了解有关共享内存的全部信息。

共享内存

我们知道要在两个或多个进程之间进行通信，我们使用共享内存，但是在使用共享内存之前，需要通过系统调用完成什么，让我们看一下：

创建共享内存段或使用已创建的共享内存段(shmget())
将进程附加到已创建的共享内存段(shmat())
从已连接的共享内存段(shmdt())分离该过程
对共享内存段(shmctl())的控制操作

让我们看一下与共享内存有关的系统调用的一些细节。

#include 
#include 

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

上面的系统调用创建或分配了System V共享内存段。需要传递的参数如下-

第一个参数key识别共享内存段。键可以是任意值，也可以是从库函数ftok()派生的值。密钥也可以是IPC_PRIVATE，表示作为服务器和客户端(父子关系)运行进程，即相互关联的进程通信。如果客户端希望通过此密钥使用共享内存，则它必须是服务器的子进程。同样，子进程需要在父进程获得共享内存之后创建。

第二个参数size是将共享内存段的大小四舍五入为PAGE_SIZE的倍数。

第三个参数shmflg指定所需的共享内存标志，例如IPC_CREAT(创建新段)或IPC_EXCL(与IPC_CREAT一起使用以创建新段，如果段已经存在，则调用失败)。还需要传递权限。

注意-有关权限的详细信息，请参阅前面的部分。

该调用将在成功时返回有效的共享内存标识符(用于共享内存的进一步调用)，在失败的情况下返回-1。要了解失败的原因，请使用errno变量或perror()函数。

#include 
#include 

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

上面的系统调用对系统V的共享内存段执行共享内存操作，即将共享内存段附加到调用进程的地址空间。需要传递的参数如下-

第一个参数shmid是共享内存段的标识符。该ID是共享内存标识符，它是shmget()系统调用的返回值。

第二个参数shmaddr，用于指定附加地址。如果shmaddr为NULL，则系统默认情况下会选择合适的地址来附加段。如果shmaddr不为NULL，并且在shmflg中指定了SHM_RND，则附件等于SHMLBA(下边界地址)的最接近倍数的地址。否则，shmaddr必须是页面对齐的地址，共享内存附件将在该地址处启动。

第三个参数shmflg指定所需的共享内存标志，例如SHM_RND(将地址四舍五入到SHMLBA)或SHM_EXEC(允许执行段的内容)或SHM_RDONLY(默认情况下，将段附加为只读) (它是可读写的)或SHM_REMAP(将现有映射替换为shmaddr指定的范围，并一直持续到段末尾)。

如果成功，此调用将返回连接的共享内存段的地址；如果失败，则返回-1。要了解失败的原因，请使用errno变量或perror()函数。

#include 
#include 

int shmdt(const void *shmaddr)

上面的系统调用对系统V共享内存段执行共享内存操作，该操作是将共享内存段从调用进程的地址空间中分离出来。需要传递的参数是-

参数shmaddr是要分离的共享内存段的地址。要分离的段必须是shmat()系统调用返回的地址。

成功时此调用将返回0，失败则返回-1。要了解失败的原因，请使用errno变量或perror()函数。

#include 
#include 

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

上面的系统调用对System V共享内存段执行控制操作。需要传递以下参数-

第一个参数shmid是共享内存段的标识符。该ID是共享内存标识符，它是shmget()系统调用的返回值。

第二个参数cmd是用于在共享内存段上执行所需控制操作的命令。

cmd的有效值为-

IPC_STAT-将结构shmid_ds的每个成员的当前值的信息复制到buf指向的传递结构。此命令需要对共享内存段具有读取权限。
IPC_SET-设置结构ID所指向的用户ID，所有者的组ID，权限等。
IPC_RMID-标记要破坏的段。只有在最后一个过程将其分离后，该段才被销毁。
IPC_INFO-返回有关buf指向的结构中共享内存限制和参数的信息。
SHM_INFO-返回一个shm_info结构，其中包含有关共享内存消耗的系统资源的信息。

第三个参数buf是指向名为struct shmid_ds的共享内存结构的指针。此结构的值将用于按cmd设置或获取。

此调用根据传递的命令返回值。 IPC_INFO和SHM_INFO或SHM_STAT成功执行后，将返回共享内存段的索引或标识符，对于其他操作则返回0，在失败的情况下返回-1。要了解失败的原因，请使用errno变量或perror()函数。

让我们考虑以下示例程序。

创建两个进程，一个用于写入共享内存(shm_write.c)，另一个用于从共享内存读取(shm_read.c)
该程序通过写入过程(shm_write.c)执行写入共享内存的操作，并通过读取过程(shm_read.c)从共享内存中读取内容
在共享内存中，进行写入过程，创建大小为1K(和标志)的共享内存，并附加该共享内存
写入过程将1023字节的每个字母从“ A”到“ E”的5倍写入共享内存。最后一个字节表示缓冲区结束
读取过程将从共享内存中读取并写入标准输出
读写过程动作是同时执行的
写入完成后，写入过程将更新以指示已完成对共享内存的写入(在struct shmseg中具有complete变量)
读取过程从共享内存执行读取，并在输出上显示，直到获得写入过程完成的指示(struct shmseg中的complete变量)
进行几次读写操作以简化操作，以避免无限循环和使程序复杂化

以下是写入过程的代码(写入共享内存–文件：shm_write.c)

/* Filename: shm_write.c */
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

#define BUF_SIZE 1024
#define SHM_KEY 0x1234

struct shmseg {
   int cnt;
   int complete;
   char buf[BUF_SIZE];
};
int fill_buffer(char * bufptr, int size);

int main(int argc, char *argv[]) {
   int shmid, numtimes;
   struct shmseg *shmp;
   char *bufptr;
   int spaceavailable;
   shmid = shmget(SHM_KEY, sizeof(struct shmseg), 0644|IPC_CREAT);
   if (shmid == -1) {
      perror("Shared memory");
      return 1;
   }
   
   // Attach to the segment to get a pointer to it.
   shmp = shmat(shmid, NULL, 0);
   if (shmp == (void *) -1) {
      perror("Shared memory attach");
      return 1;
   }
   
   /* Transfer blocks of data from buffer to shared memory */
   bufptr = shmp->buf;
   spaceavailable = BUF_SIZE;
   for (numtimes = 0; numtimes < 5; numtimes++) {
      shmp->cnt = fill_buffer(bufptr, spaceavailable);
      shmp->complete = 0;
      printf("Writing Process: Shared Memory Write: Wrote %d bytes\n", shmp->cnt);
      bufptr = shmp->buf;
      spaceavailable = BUF_SIZE;
      sleep(3);
   }
   printf("Writing Process: Wrote %d times\n", numtimes);
   shmp->complete = 1;

   if (shmdt(shmp) == -1) {
      perror("shmdt");
      return 1;
   }

   if (shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) == -1) {
      perror("shmctl");
      return 1;
   }
   printf("Writing Process: Complete\n");
   return 0;
}

int fill_buffer(char * bufptr, int size) {
   static char ch = 'A';
   int filled_count;
   
   //printf("size is %d\n", size);
   memset(bufptr, ch, size - 1);
   bufptr[size-1] = '\0';
   if (ch > 122)
   ch = 65;
   if ( (ch >= 65) && (ch <= 122) ) {
      if ( (ch >= 91) && (ch <= 96) ) {
         ch = 65;
      }
   }
   filled_count = strlen(bufptr);
   
   //printf("buffer count is: %d\n", filled_count);
   //printf("buffer filled is:%s\n", bufptr);
   ch++;
   return filled_count;
}

编译和执行步骤

Writing Process: Shared Memory Write: Wrote 1023 bytes
Writing Process: Shared Memory Write: Wrote 1023 bytes
Writing Process: Shared Memory Write: Wrote 1023 bytes
Writing Process: Shared Memory Write: Wrote 1023 bytes
Writing Process: Shared Memory Write: Wrote 1023 bytes
Writing Process: Wrote 5 times
Writing Process: Complete

以下是读取过程的代码(从共享内存读取并写入标准输出–文件：shm_read.c)

/* Filename: shm_read.c */
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

#define BUF_SIZE 1024
#define SHM_KEY 0x1234

struct shmseg {
   int cnt;
   int complete;
   char buf[BUF_SIZE];
};

int main(int argc, char *argv[]) {
   int shmid;
   struct shmseg *shmp;
   shmid = shmget(SHM_KEY, sizeof(struct shmseg), 0644|IPC_CREAT);
   if (shmid == -1) {
      perror("Shared memory");
      return 1;
   }
   
   // Attach to the segment to get a pointer to it.
   shmp = shmat(shmid, NULL, 0);
   if (shmp == (void *) -1) {
      perror("Shared memory attach");
      return 1;
   }
   
   /* Transfer blocks of data from shared memory to stdout*/
   while (shmp->complete != 1) {
      printf("segment contains : \n\"%s\"\n", shmp->buf);
      if (shmp->cnt == -1) {
         perror("read");
         return 1;
      }
      printf("Reading Process: Shared Memory: Read %d bytes\n", shmp->cnt);
      sleep(3);
   }
   printf("Reading Process: Reading Done, Detaching Shared Memory\n");
   if (shmdt(shmp) == -1) {
      perror("shmdt");
      return 1;
   }
   printf("Reading Process: Complete\n");
   return 0;
}

编译和执行步骤

segment contains :
"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA"
Reading Process: Shared Memory: Read 1023 bytes
segment contains :
"BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB"
Reading Process: Shared Memory: Read 1023 bytes
segment contains :
"CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC"
Reading Process: Shared Memory: Read 1023 bytes
segment contains :
"DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD"
Reading Process: Shared Memory: Read 1023 bytes
segment contains :
"EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
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EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE"
Reading Process: Shared Memory: Read 1023 bytes
Reading Process: Reading Done, Detaching Shared Memory
Reading Process: Complete