linux进程间通信:system V 共享内存
文章目录
- 思维导图如下
- 通信原理
- 优势
- 运行流程
- 编程接口
- 编程实例
思维导图如下
通信原理
- 多个进程共享物理内存的同一块区域(通常称之为“段”:segment)
- 抛弃了内核态消息转存处理的过程,让两个进程直接通过一块内存进行通信
我们普通的像PIPE,FIFO,消息队列等的通信方式如下图:
这种方式的通信不论读写,都需要内核态(系统调用 read,write,pipe,mkfifo,msgget,msgsnd,msgrcv等)的介入,而且都需要经过数据从虚拟地址空间到物理地址空间的拷贝。
而共享内存的通信方式则都避免了以上的通信问题,直接为两个进程开辟相同的内存空间进行数据交互。
优势
- 减少了内存的拷贝(从用户拷贝到内核,从内核拷贝到用户)
- 减少了2次系统调用(系统调用比较消耗性能,因为CPU处理系统调用时需要从用户态切换到内核态),提高了系统性能
运行流程
- 获取共享内存对象的ID
- 将共享内存映射至本进程虚拟内存空间的某个区域(每个用户进程操作系统都有3G的虚拟进程空间)
- 不同进程对这块内存进行读写、传输数据
- 当进程不再使用这块共享内存时,解除映射关系
- 当没有进程需要共享内存的时候,则删除该共享内存
编程接口
获取共享内存的对象ID ,创建或打开一个共享内存对象
a. 头文件<sys/types.h> <sys/shm.h>
b.int shmget (key_t key, size_t size, int shmflg);
c. 函数参数key
IPC对象的键值,一般为IPC_PRIVATE 或者ftok返回的key值size
共享内存的大小,一般为物理内存页(4K)的整数倍shmflg
:
IPC_CREAT :如果不存在指定的key值,那么就创建一个
IPC_EXCL: 若key值指定的内存存在,且指定了IPC_CEAT,则回复EXIST错误
IPC_HUGETLB 使用巨页(huge page)
d. 返回值:共享内存的标识ID
映射共享内存:
a. 头文件<sys/shm.h>
b.void *shmat(int shmid,const void *shmaddr,int shmflg);
c. 功能:将shmid标识的共享内存引入到当前进程的虚拟地址空间
d. 函数参数:shmid
共享内存的IPC对象IDshmaddr
若为NULL:共享内存会被attach到一个合适的虚拟地址空间,建议使用NULL
不为NULL:系统会根据参数以及地址边界对齐等分配一个合适的地址shmflg
IPC_RDONLY:附加只读权限,不指定的话返回默认是读写权限
IPC_REMAP:替换位于shmaddr处的任意既有映射(共享内存的段或者内存映射)
SHM_RND:将shmaddr四舍五入为SHMMLBA字节的倍数
e. 返回值:共享内存段的地址
解除共享内存映射
a. 头文件<sys/shm.h>
b.int shmdt(const void * shmaddr);
c. 功能:解除内粗映射,将共享内存分离出当前进程的地址空间
d. 函数参数:shmaddr
共享内存地址
e. TIPS:
- 通过fork创建的子进程会继承父进程所附加的共享内存,父子进程可以通过共享内存进行IPC通信,在exec系统调用中,所有附加的共享内存段都会被分离
- 函数
shmdt
仅仅是使进程和共享内存脱离关系,将共享内存的引用计数是减1 - 当共享内存的引用计数为0的时候,调用
shmctl
的IPC_RMID命令才会删除共享内存
设置共享内存属性
a. 头文件<sys/shm.h>
b.int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf);
c. 函数功能:获取/设置共享内存对象属性
d. 函数参数
-shmid
共享内存对象的ID
-cmd
:
IPC_RMID :删除共享内存及关联的shmid_ds数据结构
IPC_STAT: 将该共享内存关联的shmid_ds数据结构拷贝到参数buf中
IPC_SET: 使用buf中的数据更新与该共享内存对象相关联的shmid_ds
IPC_INFO:获取系统共享内存相关的信息
IPC_LOCK: 将一个共享内存段锁进内存,防止被swap出去
IPC_UNLOCK: 将一个共享内存解锁shmid_ds *buf
数据结构如下struct shmid_ds {struct ipc_perm shm_perm; /* operation permissions */int shm_segsz; /* size of segment in bytes */pid_t shm_lpid; /* pid of last shm op */pid_t shm_cpid; /* pid of creator */short shm_nattch; /* # of current attaches */time_t shm_atime; /* last shmat() time*/time_t shm_dtime; /* last shmdt() time */time_t shm_ctime; /* last change by shmctl() */void *shm_internal; /* sysv stupidity */};
编程实例
写端shm_write.c
:
#include<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>int main()
{//key_t key = ftok("./",111);key_t key = 12345;//根据key值生成共享内存对象的唯一标识int shm_id = shmget(key,4096,IPC_CREAT|0666);//将当前进程加入共享内存,这里设置共享内存地址为NULL时//系统会自动为当前进程分配一个合适的内存空间,并返回共享内存的地址char *shm_p = shmat(shm_id , NULL, 0);memset (shm_p,0,4096);//从标准输入获取内容到共享内存的地址fgets(shm_p,4096,stdin);//等待输入完成,删除共享内存sleep(10);//当前进程创建的共享内存引用计数为0的时候,删除共享内存shmctl(shm_id,IPC_RMID,NULL);return 0;
}
读端shm_read.c
#include<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>int main() {
// key_t key = ftok("./",111);key_t key = 12345;int shm_id = shmget(key, 4096, 0666);//和写端访问到了相同的共享内存区域,并获取内容存放到指针变量char *shm_p = shmat(shm_id , NULL, 0);printf("From SHM: %s\n",shm_p);//删除当前进程与共享内存的映射关系,同时共享内存的引用计数减一shmdt(shm_p);return 0;
}
通过命令ipcs -m
可以查看系统共享内存
需要先执行写入,再去运行读端读出;以上输出如下:
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