IPC进程间通信---共享内存
共享内存
共享内存:共享内存就是分配一块能被其它进程访问的内存。每个共享内存段在内核中维护着一个内部结构shmid_ds,
该结构定义在头文件linux/shm.h中,其结构如下:
struct shmid_ds
{
struct ipc_perm shm_perm; //操作许可,里面包含共享内存的用户ID、组ID等信息
int shm_segsz; //共享内存段的大小,单位为字节
__kernel_time_t shm_atime; //最后一个进程访问共享内存的时间
__kernel_time_t shm_dtime; //最后一个进程离开共享内存的时间
__kernel_time_t shm_ctime; //最后一次修改共享内存的时间
__kernel_ipc_pid_t shm_cpid; //创建共享内存的进程ID
__kernel_ipc_pid_t shm_lpid; //最后操作共享内存的进程ID
ushort shm_nattch; //当前使用该共享内存段的进程数量
ushort shm_unused;
void *shm_unused2;
void *shm_unused3;
};
要获得一个共享内存的描述符,只需提供该共享内存的键值即可,该键值通常由函数ftok返回,该函数原形为:
#include <sys/ipc.h>
key_t ftok(const char *pathname,int proj_id);
创建一个新的共享内存或访问一个已存在的共享内存前需要使用ftok函数得到key值,下面是ftok函数的包裹函数:
key_t Ftok(const char *pathname,int proj_id)
{
key_t key= ftok(pathname,proj_id);
if(key== -)
{
perror("ftok.");
exit();
}
return key;
}
共享内存的创建或打开:
Linux下使用shmget函数来创建一个共享内存区,或者访问已经存在的共享内存区。该函数定义在头文件<sys/shm.h>
中,该函数原形为:
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
int shmget(key_t key,size_t size,int shmflg);
函数中,第一个参数是由ftok()函数得到的键值,第二个参数size为以字节为单位指定内存的大小,第三个参数shmflg为
操作标志位,它的值为一些宏,如下所示:
- IPC_CREAT:调用shmget时,系统将此值与其它所有共享内存区的key值进行比较,如果存在相同的key,说明共享内
存区已存在,此时返回该共享内存区的标识符,否则新建一个共享内存区并返回其标识符。
- IPC_EXCL:该宏必须和IPC_CREAT一起使用,否则没有意义。当shmget取IPC_CREAT|IPC_EXCL时,表示如果发现信号
集已经存在,则返回-1,错误码为EEXIST。
共享内存区的操作:
在使用共享内存区前,必须通过shmat函数将其附加到进程的地址空间。进程与共享内存就建立了连接。shmat调用成
功后就会返回一个指向共享内存区的指针,使用该指针就可以访问共享内存区了,如果失败返回-1。该函数声明在头文件
<sys/shm.h>中,该函数原形为:
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
void* shmat(int shmid,const void *shmaddr,int shmflg);
函数中参数shmid为shmget函数的返回值,参数shmaddr为共享内存的附加点,参数shmflg为存取权限标志,参数shmaddr
不同取值情况的含义说明如下:
- 如果为空,则由内核选择一个空闲的内存区;如果非空,返回地址取决于调用者是否给shmflg参数指定了SHM_RND值,
如果没有指定,则共享内存区附加到由shmaddr指定的地址;否则附加地址为shmaddr向下舍入一个共享内存低端边界地址
后地址(SHMLBA,一个常址)。
- 通常将参数shmaddr设置为NULL。
当进程结束使用共享内存区时,要通过函数shmdt断开与共享内存区的连接。该函数声明在<sys/shm.h>头文件中,该
函数原形为:
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
int shmdt(const void *shmaddr);
参数shmaddr为shmat函数的返回值。该函数调用成功后,返回0,否则返回-1。进程脱离共享内存区后,数据结构shmid_ds
中的shm_nattch就会减1。但是共享内存段依然存在,只有shm_nattch为0后,即没有任何进程再使用共享内存区,共享内存
区才在内核中被删除。一般来说,当一个进程终止时,它所附加的共享内存区都会自动脱离。
共享内存区的控制:
对共享内存区的控制是通过函数shmctl来完成的,该函数定义在<sys/shm.h>中,该函数原形为:
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf);
函数中,参数shmid为共享内存区的标识符;参数buf为指向shmid_ds结构体的指针;cmd为操作标志位,支持以下控制操作:
- IPC_RMID:从系统中删除由shmid标识的共享内存区。
- IPC_SET:设置共享内存区的shmid_ds结构。
- IPC_STAT:读取共享内存区的shmid_ds结构,并将其存储到buf指向的地址中。
下面是使用共享内存区发送消息的例子:
// myipc.h
#pragma once #include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/msg.h> union semun
{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
struct seminfo *__buf;
}; key_t Ftok(const char *pathname,int proj_id)
{
key_t key= ftok(pathname,proj_id);
if(key== -)
{
perror("ftok.");
exit();
}
return key;
}
//server.c
#include "myipc.h" int main(int argc,char *argv[])
{
key_t shm_key= Ftok(argv[],atoi(argv[]));
int shm_id= shmget(shm_key,,IPC_CREAT|);
if(shm_id== -)
{
perror("shmget");
exit();
}
char *addr= (char*)shmat(shm_id,NULL,);
if((void*)addr== (void*)-)
{
perror("shmat");
shmctl(shm_id,IPC_RMID,NULL);
exit();
}
key_t sem_key= shm_key;
int sem_id= semget(sem_key,,IPC_CREAT|);
struct sembuf p= {,-,};
struct sembuf v= {,,};
while()
{
printf("Ser: ");
scanf("%s",addr);
semop(sem_id,&v,); semop(sem_id,&p,);
printf("Cli: %s\n",addr);
}
shmdt(addr);
semctl(sem_id,,IPC_RMID);
semctl(sem_id,,IPC_RMID);
shmctl(shm_id,IPC_RMID,NULL);
return ;
}
//client.c
#include "myipc.h" int main(int argc,char *argv[])
{
key_t shm_key= Ftok(argv[],atoi(argv[]));
int shm_id= shmget(shm_key,,);
char *addr= (char*)shmat(shm_id,NULL,);
key_t sem_key= shm_key;
int sem_id= semget(sem_key,,);
struct sembuf p= {,-,};
struct sembuf v= {,,};
while()
{
semop(sem_id,&p,);
printf("Ser: %s\n",addr);
printf("Cli: ");
scanf("%s",addr);
semop(sem_id,&v,);
}
shmdt(addr);
return ;
}
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