Linux-进程间通信（三）: 共享内存

1. 共享内存：

共享内存方式可以在多个进程直接共享数据，因为其直接使用内存，不要多余的拷贝，是速度最快的IPC方式；

共享内存有两种实现方式，使用mmap和shm方式，如下图：

(1) mmap方式是将文件与进程地址空间进行映射，对实际物理内存影响小;

(2) shm方式是将每个进程的共享内存与实际物理存储器进行映射，对实际物理内存影响大;

 

由于XSI IPC自身缺点，所以建议使用mmap来实现共享内存；

2. mmap相关函数原型：

#include <sys/mman.h>

void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flag, int filedes, off_t off);

ret = 成功返回映射区域开始地址，失败返回MAP_FAILED

addr-参数用来指定映射区域的起始地址。通常设置为0，表示有系统选择映射区域的起始位置;

filedes-要映射文件的描述符。在映射文件到地址空间之前，先要打开文件;

len-映射的字节数;

off-要映射字节在文件中的起始偏移量;

prot-对映射存储区的保护要求，指定为PROT_NONE(不可访问), PROT_READ(可读), PROT_WRITE(可写), PROT_EXEC(可执行)的任意组合或者按位或;

但是对于映射存储区的保护要求不能超过文件open的权限，比如文件是只读打开的，则不能指定PROT_WRITE;

flag-MAP_FIXED 返回值必须等于addr，如果未制定此标志，addr非0，则作为一种建议，内核不保证会使用该地址。为了获得最大的可移植性，建议addr指定为0；

MAP_SHARED 说明了本进程对映射区域进行储存操作的配置。此标志指定存储操作修改映射文件，也就是相当于对该文件执行write；

MAP_PRIVATE 本标志说明对映射区存储操作会创建该映射的一个副本。所以后续操作都会引用该副本，而不是原始文件；

MAP_SAHRED 和 MAP_PRIVATE 必须指定其一，但是不能同时指定；

修改现有映射区的权限，与上面mmap中的prot字段相同；

#include <sys/mman.h>

int mprotect(void *addr, size_t len, int prot);

ret = 成功返回0，失败返回-1

如果共享内存中的页已被修改，则可以调用msync将该页冲洗到映射的文件中；

如果映射是私有的，那么不修改映射文件；

#include <sys/mman.h>

int msync(void *addr, size_t len, int flags);

ret = 成功返回0 失败返回-1

flags- MS_ASYNC和MS_SYNC必选其一；

　　　MS_ASYNC-异步sync，无需等待，系统调度；

        MS_SYNC-同步sync，需要等到操作完成；

        MS_INVALIDATE-可选标志，通知操作系统丢弃没有同步的页；--一般不使用；

进程终止，或者调用munmap，内存映射就被自动解除，关闭文件描述符filedes并不会解除映射；

调用munmap不会是映射内存内容写到磁盘文件，share类型写磁盘是内核根据算法自动执行，private则丢弃修改；

#include <sys/mman.h>

int munmap(caddr_t addr, size_t len);

ret-成功返回0 失败返回-1

3.  文件映射到进程位置：

文件映射到进程地址空间中堆和栈直接的一段内存。

4. 子进程影响：

fork之后，因为子进程复制父进程的地址空间，而存储映射是该地址空间的一部分，所以子进程继承了该存储映射区域，但是当调用了exec函数组之后的新程序则不继承该映射区；

测试代码：--测试两个进程通过mmap映射信息，测试共享时，数据情况，和共享后数据情况；

common.h

#include <sys/mman.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

#define MMAP_FILE "/var/tmp/test_mmap"
#define NAME_LEN 64

typedef struct book {
    int id;
    char name[NAME_LEN];
}book_t;

mmap_proc1.c -- 进程1，做映射，映射超过文件长度的区域

#include "common.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd = -1;
    int i = 0;
    book_t *book = NULL;

    if ((fd = open(MMAP_FILE, O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC)) < 0){
        perror("open file error
");
        return -1;
    }

    if (lseek(fd, sizeof(book_t) * 2 - 1, SEEK_SET) < 0){
        perror("lseek error
");
        close(fd);
        return -1;
    }

    write(fd, "", 1);

    if ((book = (book_t *)mmap(NULL, sizeof(book_t) * 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0)) == MAP_FAILED){
        perror("mmap error
");
        return -1;
    }

    close(fd);

    for (i = 0; i < 4; i++){
        char name[16] = { 0 };
        snprintf (name, 15, "book-%d", i);

        (*(book + i)).id = i;
        strncpy((*(book + i)).name, name, NAME_LEN - 1);
    }

    sleep(10);

    munmap(book, sizeof(book_t) * 4);

    return 0;
}

mmap_proc2.c -- 进程2，做映射，映射与进程1相同区域

#include "common.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd = -1;
    int i = 0;
    book_t *book = NULL;

    if ((fd = open(MMAP_FILE, O_RDWR | O_CREAT)) < 0){
        perror("open file error
");
        return -1;
    }

    if ((book = (book_t *)mmap(NULL, sizeof(book_t) * 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0)) == MAP_FAILED){
        perror("mmap error
");
        return -1;
    }

    close(fd);

    for (i = 0; i < 4; i++){
        printf("id:%d, name:%s
", (*(book+i)).id, (*(book+i)).name);
    }

    munmap(book, sizeof(book_t) * 4);

    return 0;
}