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Linux IPC System V 共享内存:一种实现高速数据交换的高级方式

WBOY
发布: 2024-02-13 08:30:32
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Linux系统是一种支持多任务并发执行的操作系统,它可以同时运行多个进程,从而提高系统的利用率和效率。但是,如果这些进程之间需要进行数据交换和协作,就需要使用一些进程间通信(IPC)的方式,例如信号、消息队列、信号量等。其中,System V 共享内存是一种比较高级而高速的IPC方式,它可以让两个或多个进程通过一个内存区域来进行数据交换,无需进行数据拷贝和转换。本文将介绍Linux系统中System V 共享内存的方法,包括共享内存的创建、映射、读写、解除映射和删除等方面。

Linux IPC System V 共享内存:一种实现高速数据交换的高级方式

模型

#include
#include
#include
ftok()      //获取key值            
shmget()    //创建/获取共享内存 
shmat()     //挂接共享内存        
shmdt()     //脱接共享内存        
shmctl()    //删除共享内存        
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ftok()

//获取key值, key值是System V IPC的标识符,成功返回key,失败返回-1设errno
//同pathname+同 proj_id==>同key_t;
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
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pathname :文件名
proj_id: 1~255的一个数,表示project_id

key_t key=ftok(".",100);    //“.”就是一个存在且可访问的路径, 100是假设的proj_id
    if(-1==key)
        perror("ftok"),exit(-1);
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shmget()

//创建/获取共享内存,成功返回共享内存的标识符shmid,失败返回-1设errno
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);     //多设为int shmid=...  和shmat()一起用比较好看
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key :ftok()的返回值
size:共享内存的大小,实际会按照页的大小(PAGE_SIZE)来分配。0表示获取已经分配好的共享内存
shmflg:具体的操作标志

  • IPC_CREAT:若不存在则创建, 需要在shmflg中"|权限信息", eg: |0664; 若存在则打开
  • IPC_EXCL:与IPC_CREAT搭配使用, 若存在则创建失败==>报错,set errno
  • 0 :获取已经存在的共享内存
//创建shared memory
shmid=shmget(key,4,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0664);
if(-1==shmid)
    perror("shmget"),exit(-1);
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Q:既然shmget()可以创建, 那要ftok()有啥用
A:shmget才是创建共享内存, ftok()只是用来产生一个key,其实这个key的位置自己随意填一个数也可以运行,但是相对系统生成的,很容易造成冲突,所以最好用ftok产生一个key

shmat()

//挂接共享内存,成功返回映射内存的地址,失败返回(void*)-1设errno
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
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shmid: shmget()的返回值
shmaddr

  • NULL表示由系统选择 (同mmap())
  • 非NULL且shflg是SHM_RND,会按照页对齐的原则从shmaddr开始找最近的地址开始分配分,否则shmaddr指定的地址必须是页对齐的
  • shmflg :操作的标志, 给0即可
    • SHM_RDONLY表示挂接到该共享内存的进程必须有读权限
    • SHM_REMAP (Linux-specific)表示如果要映射的共享内存已经有现存的内存,那么就将旧的替换
//挂接共享内存
void* pv=shmat(shmid,NULL,0);
if((void*)-1==pv)
    perror("shmat"),exit(-1);
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shmdt()

//脱接共享内存,成功返回0,失败返回-1设errno
int shmdt(const void *shmaddr);
//脱接shm
int res=shmdt(pv);
if(-1==res)
    perror("shmdt"),exit(-1);
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shmctl()

//共享内存管理,成功返回0,失败返回-1设errno
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
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shmid:共享内存的id,由shmget()返回
buf : shmid_ds类型的指针

struct shmid_ds {
   struct ipc_perm  shm_perm;       /* Ownership and permissions */
    size_t          shm_segsz;      /* Size of segment (bytes) */
    time_t          shm_atime;      /* Last attach time */
    time_t          shm_dtime;      /* Last detach time */
    time_t          shm_ctime;      /* Last change time */
    pid_t           shm_cpid;       /* PID of creator */
    pid_t           shm_lpid;       /* PID of last shmat(2)/shmdt(2) */
    shmatt_t        shm_nattch;     /* No. of current attaches */
    ...
};
//
struct ipc_perm {
   key_t            __key;      /* Key supplied to shmget(2) */
   uid_t            uid;        /* Effective UID of owner */
   gid_t            gid;        /* Effective GID of owner */
   uid_t            cuid;       /* Effective UID of creator */
   gid_t            cgid;       /* Effective GID of creator */
   unsigned short   mode;       /* Permissions + SHM_DEST and SHM_LOCKED flags */
   unsigned short   __seq;      /* Sequence number */
};
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cmd

  • IPC_STAT表示从内核中拷贝关于这个shmid的信息到buf指向的shmid_ds中

  • IPC_SET 将buf指向的shmid_ds的信息写入到内核的结构体中,同时更新成员shm_ctime

  • IPC_RMID销毁共享内存

  • IPC_INFO(Linux-specific)返回系统对共享内存的限制写入到buf指向的时shminfo结构体中

    //_GNU_SOURCE
    struct  shminfo {
        unsigned long   shmmax; /* Maximum segment size */
        unsigned long   shmmin; /* Minimum segment size; always 1 */
        unsigned long   shmmni; /* Maximum number of segments */
        unsigned long   shmseg; /* Maximum number of segments that a process 
    can attach; unused within kernel */
        unsigned long   shmall; /* Maximum number of pages of shared memory, 
    system-wide */
     };
     //shmmni, shmmax, and shmall 可以童工/proc里的同名文件进行修改
    
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  • SHM_INFO(Linux-specific) 返回一个shm_info结构体来表示该共享内存消耗的系统资源

    //_GNU_SOURCE
    struct shm_info {
        int             used_ids;   /* # of currently existing segments */
        unsigned long   shm_tot;    /* Total number of shared memory pages */
        unsigned long   shm_rss;    /* # of resident shared memory pages */
        unsigned long   shm_swp;    /* # of swapped shared memory pages */
        unsigned long   swap_attempts; /* Unused since Linux 2.4 */
        unsigned long   swap_successes;/* Unused since Linux 2.4 */
     };
    
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  • SHM_STAT(Linux-specific) 为IPC_STAT返回一个shmid_ds结构结构体,不同的是shmid的参数不是一个标识符,而是内核中一个包含了系统中所有共享内存信息的索引

  • SHM_LOCK防止系统将共享内存放到swap区,IPC_STAT读到的信息中SHM_LOCKED标记就被设置了

  • SHM_UNLOCK 解除锁定,即允许共享内存被系统放到swap区

//使用IPC_RMID删除共享内存
int res=shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
if(-1==res)
    perror("shmctl"),exit(-1);
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例子

//Sys V IPC shm
int shmid;          //定义全局变量记录id
void fa(int signo){
    printf("deleting shared memories...\n");
    sleep(3);//其实没用
    int res=shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
    if(-1==res)
        perror("shmctl"),exit(-1);
    printf("delete success\n");
    exit(0);    //ctrl+C已经不能结束while(1),用exit(0)来终结
}
int main(){
    //获取key
    key_t key=ftok(".",100);    //.就是一个存在且可访问的路径, 100是随便给的
    if(-1==key)
        perror("ftok"),exit(-1);
    printf("key=%#x\n",key);    //打印出进制的标示,即0x
    //创建shared memory
    shmid=shmget(key,4,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0664);
    if(-1==shmid)
        perror("shmget"),exit(-1);
    printf("shmid=%d\n",shmid);
    //挂接shm
    void* pv=shmat(shmid,NULL,0);
    if((void*)-1==pv)
        perror("shmat"),exit(-1);
    printf("link shared memory success\n");
    //访问shm
    int* pi=(int*)pv;
    *pi=100;
    //脱接shm
    int res=shmdt(pv);
    if(-1==res)
        perror("shmdt"),exit(-1);
    printf("unlink success\n");
    //如果不再使用,删除shm
    printf("删除共享内存请按Ctrl C...\n");
    if(SIG_ERR==signal(SIGINT,fa))
        perror("signal"),exit(-1);
    while(1);
    return 0;
}
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本文介绍了Linux系统中System V 共享内存的方法,包括共享内存的创建、映射、读写、解除映射和删除等方面。通过了解和掌握这些知识,我们可以更好地使用System V 共享内存来实现进程间通信,提高系统的性能和可靠性。当然,Linux系统中System V 共享内存还有很多其他的特性和用法,需要我们不断地学习和探索。希望本文能给你带来一些启发和帮助。

以上是Linux IPC System V 共享内存:一种实现高速数据交换的高级方式的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章!

来源:lxlinux.net
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