Linux进程间通信(IPC)编程实践（八）共享内存的使用-POSIX 共享内存（API）

1、Posix提供了两种在无亲缘关系进程间共享内存区的方法：

（1）内存映射文件：先有open函数打开，然后调用mmap函数把得到的描述符映射到当前进程地址空间中的一个文件（上一篇博文所用到的就是）。

（2）共享内存区对象：先有shm_open打开一个Posix IPC名字（也可以是文件系统中的一个路径名），然后调用mmap将返回的描述符映射到当前进程的地址空间。这两种方法都需要调用mmap，差别在于作为mmap的参数之一的描述符的获取手段。

2、Posix共享内存区对象

　Posix共享内存区涉及以下两个步骤要求：

（1）指定一个名字参数调用shm_open，以创建一个新的共享内存区对象或打开一个已经存在的共享内存区对象。

（2）调用mmap把这个共享内存区映射到调用进程的地址空间。

注意：mmap用于把一个内存区对象映射到调用进程地址空间的是该对象的一个已经打开描述符。

关于Posix共享内存区对象的API如下：

#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>       /* For mode constants */
#include <fcntl.h>             /* For O_* constants */
int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);
int shm_unlink(const char *name);        
int ftruncate(int fd, off_t length);
int fstat(int fd, struct stat *buf);

1. 创建/获取一个共享内存

int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);

参数:

   name:  共享内存名字;

   oflag: 与open函数类型, 可以是O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR, 还可以按位或上O_CREAT, O_EXCL, O_TRUNC.

   mode: 此参数总是需要设置, 如果oflag没有指定O_CREAT, 则mode可以设置为0;

返回值:

   成功: 返回一个文件描述符;

   失败: 返回-1;

注意-Posix IPC名字限制:

   1. 必须以”/”开头, 并且后面不能还有”/”, 形如:/file-name;

   2. 名字长度不能超过NAME_MAX

   3. 链接时:Link with -lrt.

/** 示例: 共享内存的打开与关闭 **/  
int main(int argc,char *argv[])  
{  
    int shmid = shm_open("/xyz", O_RDWR|O_CREAT, 0666);  
    if (shmid == -1)  
        err_exit("shmget error");  
  
    cout << "share memory open success" << endl;  
    close(shmid);  
}  

2. 修改共享内存大小

int ftruncate(int fd, off_t length); 

该函数不仅可用于修改共享内存大小, 而且可以用于修改文件大小

/** 示例: 修改共享内存大小 
将其修改为一个Student结构体的大小 
**/  
struct Student  
{  
    char name[32];  
    int age;  
};  
int main(int argc,char *argv[])  
{  
    int shmid = shm_open("/xyz", O_RDWR|O_CREAT, 0666);  
    if (shmid == -1)  
        err_exit("shmget error");  
    if (ftruncate(shmid, sizeof(Student)) == -1)  
        err_exit("ftruncate error");  
  
    cout << "share memory change size success" << endl;  
    close(shmid);  
}  

3. 获取共享内存状态

int fstat(int fd, struct stat *buf);  

该函数不仅可用于获取共享内存状态, 而且可以用于获取文件状态, 与前面曾经讲述过的stat, lstat类型;

//stat结构体  
struct stat  
{  
    dev_t     st_dev;     /* ID of device containing file */  
    ino_t     st_ino;     /* inode number */  
    mode_t    st_mode;    /* protection */  
    nlink_t   st_nlink;   /* number of hard links */  
    uid_t     st_uid;     /* user ID of owner */  
    gid_t     st_gid;     /* group ID of owner */  
    dev_t     st_rdev;    /* device ID (if special file) */  
    off_t     st_size;    /* total size, in bytes */  
    blksize_t st_blksize; /* blocksize for filesystem I/O */  
    blkcnt_t  st_blocks;  /* number of 512B blocks allocated */  
    time_t    st_atime;   /* time of last access */  
    time_t    st_mtime;   /* time of last modification */  
    time_t    st_ctime;   /* time of last status change */  
};  

/** 示例: 获取共享内存的mode和size **/  
int main(int argc,char *argv[])  
{  
    int shmid = shm_open("/xyz", O_RDWR|O_CREAT, 0666);  
    if (shmid == -1)  
        err_exit("shmget error");  
    if (ftruncate(shmid, sizeof(Student)) == -1)  
        err_exit("ftruncate error");  
  
    struct stat buf;  
    if (fstat(shmid, &buf) == -1)  
        err_exit("lstat error");  
    // 注意: 获取权限时, 需要&上0777, 而且要以%o, 八进制方式打印  
    printf("mode: %o\n", buf.st_mode&0777);  
    printf("size: %ld\n", buf.st_size);  
  
    close(shmid);  
}  

4. 删除一个共享内存对象

int main(int argc,char *argv[])  
{  
    shm_unlink("/xyz");  
}  

5. 共享内存的映射/卸载

#include <sys/mman.h>  
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);  
int munmap(void *addr, size_t length);  

参数:

   addr:  要映射的起始地址, 通常指定为NULL, 让内核自动选择;

   length: 映射到进程地址空间的字节数, 通常是先前已经创建的共享内存的大小;

   prot: 映射区保护方式(见下);

   flags: 标志(通常指定为MAP_SHARED, 用于进程间通信);

   fd: 文件描述符(填为shm_open返回的共享内存ID);

   offset: 从文件头开始的偏移量(一般填为0);

 

prot	说明
PROT_READ	页面可读
PROT_WRITE	页面可写
PROC_EXEC	页面可执行
PROC_NONE	页面不可访问

 

flags	说明
MAP_SHARED	变动是共享的
MAP_PRIVATE	变动是私有的
MAP_FIXED	准确解释addr参数, 如果不指定该参数, 则会以4K大小的内存进行对齐
MAP_ANONYMOUS	建立匿名映射区, 不涉及文件

 

mmap返回值:

   成功: 返回映射到的内存区的起始地址;

   失败: 返回MAP_FAILED;

注意:mmap失败返回EACCES错误的原因:

   EACCES A file descriptor refers to a non-regular file.  

Or MAP_PRIVATE was requested, but fd  is  not  open for reading.  

Or MAP_SHARED was requested and PROT_WRITE is set, but fd is not open 

in read/write (O_RDWR) mode.  Or PROT_WRITE  is  set,  but  the file is append-only.

/** 示例: 向共享内存写入数据 **/  
int main(int argc,char *argv[])  
{  
    int shmid = shm_open("/xyz", O_RDWR, 0);  
    if (shmid == -1)  
        err_exit("shm_open error");  
  
    struct stat buf;  
    if (fstat(shmid, &buf) == -1)  
        err_exit("fstat error");  
    Student *p = (Student *)mmap(NULL, buf.st_size,  
                                 PROT_WRITE, MAP_SHARED, shmid, 0);  
    if (p == MAP_FAILED)  
        err_exit("mmap error");  
    strcpy(p->name, "Hadoop");  
    p->age = 5;  
  
    munmap(p, buf.st_size);  
    close(shmid);  
}  

/** 从共享内存读出数据 **/  
int main(int argc,char *argv[])  
{  
    int shmid = shm_open("/xyz", O_RDONLY, 0);  
    if (shmid == -1)  
        err_exit("shm_open error");  
  
    struct stat buf;  
    if (fstat(shmid, &buf) == -1)  
        err_exit("fstat error");  
    Student *p = (Student *)mmap(NULL, buf.st_size,  
                                 PROT_READ, MAP_SHARED, shmid, 0);  
    if (p == MAP_FAILED)  
        err_exit("mmap error");  
  
    cout << "name: " << p->name << ", age: " << p->age << endl;  
  
    munmap(p, buf.st_size);  
    close(shmid);  
}  

[注]

   -Posix共享内存默认创建在/dev/shm目录下

   -可以使用od命令查看共享内存的内容

  od -c /dev/shm/xyz