System V 共享内存和系列函数

跟消息队列一样，共享内存也有自己的数据结构，如下：

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 */
...
};

同样地，第一个成员是共有的IPC内核数据结构，其余是私有成员。

以下是几个共享内存函数：

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
int shmdt(const void *shmaddr);
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

功能：用来创建共享内存
原型 int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
参数
key:这个共享内存段名字
size:共享内存大小
shmflg:由九个权限标志构成，它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样的
返回值：成功返回一个非负整数，即该共享内存段的标识码；失败返回-1

功能：将共享内存段连接到进程地址空间
原型
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
参数
shmid: 共享内存标识
shmaddr:指定连接的地址
shmflg:它的两个可能取值是SHM_RND和SHM_RDONLY
返回值：成功返回一个指针，指向共享内存第一个字节；失败返回-1

shmaddr为NULL，核心自动选择一个地址
shmaddr不为NULL且shmflg无SHM_RND标记，则以shmaddr为连接地址。
shmaddr不为NULL且shmflg设置了SHM_RND标记，则连接的地址会自动向下调整为SHMLBA的整数倍。

公式：shmaddr - (shmaddr % SHMLBA)
shmflg=SHM_RDONLY，表示连接操作用来只读共享内存

功能：将共享内存段与当前进程脱离
原型 int shmdt(const void *shmaddr);
参数
shmaddr: 由shmat所返回的指针
返回值：成功返回0；失败返回-1
注意：将共享内存段与当前进程脱离不等于删除共享内存段

功能：用于控制共享内存
原型 int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
参数
shmid:由shmget返回的共享内存标识码
cmd:将要采取的动作（有三个可取值）
buf:指向一个保存着共享内存的模式状态和访问权限的数据结构
返回值：成功返回0；失败返回-1

cmd 的取值如下，与消息队列类似：

IPC_STAT 把shmid_ds结构中的数据设置为共享内存的当前关联值
IPC_SET 在进程有足够权限的前提下，把共享内存的当前关联值设置为shmid_ds数据结构中给出的值
IPC_RMID 删除共享内存段

下面写两个函数测试一下：

shm_write.c

 C++ Code 

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#include<string.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/mman.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>

#define ERR_EXIT(m)
    do {
        perror(m);
        exit(EXIT_FAILURE);
    } while(0)

typedef struct stu
{
    char name[32];
    int age;
} STU;

int main(int argc, char *argv[])
{
    int shmid;
    shmid = shmget(1234, sizeof(STU), IPC_CREAT | 0666);
    if (shmid == -1)
        ERR_EXIT("shmget");

    STU *p;
    p = shmat(shmid, NULL, 0);
    if (p == (void *) - 1)
        ERR_EXIT("shmat");

    strcpy(p->name, "lisi");
    p->age = 20;

    shmdt(p);

    return 0;
}

在上面程序中，先创建一块共享内存，再映射到进程的地址空间。

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/system_v$ ipcs -m

------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch status

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/system_v$ ./shm_write
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/system_v$ ipcs -m

------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch status
0x000004d2 0 simba 666 36 0

可以看到创建了一块共享内存，字节数为写入的STU大小，natth 表示进程连接个数，若在上面程序的shmdt 之前sleep(n); 此时在另一窗口观察，可发现连接数为1，进程退出时，连接数再次为0。

shm_read.c

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#include<string.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/mman.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>

#define ERR_EXIT(m)
    do {
        perror(m);
        exit(EXIT_FAILURE);
    } while(0)

typedef struct stu
{
    char name[32];
    int age;
} STU;

int main(int argc, char *argv[])
{
    int shmid;
    shmid = shmget(1234, 0, 0);
    if (shmid == -1)
        ERR_EXIT("shmget");

    STU *p;
    p = shmat(shmid, NULL, 0);
    if (p == (void *) - 1)
        ERR_EXIT("shmat");

    printf("name = %s age = %d ", p->name, p->age);

    shmdt(p);

    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
    return 0;
}

上面程序中，先打开共享内存，若未知共享内存大小，size 可设为0，然后也映射到自身的进程地址空间，读取数据，最后使用shmctl 删除这段共享内存。

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/system_v$ ./shm_read
name = lisi age = 20
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/system_v$ ipcs -m

------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch status

共享内存段已经被删除。

注：ipcs [-m|-q|-s] ipcrm [ -M key | -m id | -Q key | -q id | -S key | -s id ]

参考：《UNP》

System V 共享内存 和 系列函数

System V 共享内存和系列函数