Linux System V IPC 共用記憶體

通信模型:

1. 獲取key值 :ftok()
2. 創建/獲取共用記憶體 :shmget()
3. 掛接共用記憶體 :shmat()
4. 脫接共用記憶體 :shmdt()
5. 刪除共用記憶體 :shmctl()

使用的頭文件

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

ftok()

//獲取key值, key值是System V IPC的標識符，成功返回key，失敗返回-1設errno
//同pathname+同 proj_id==>同key_t;
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

pathname :文件名
proj_id: 1~255的一個數，表示project_id

key_t key=ftok(".",100);    //“.”就是一個存在且可訪問的路徑, 100是假設的proj_id
    if(-1==key)
        perror("ftok"),exit(-1);

shmget()

//創建/獲取共用記憶體，成功返回共用記憶體的標識符shmid，失敗返回-1設errno
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);     //多設為int shmid=...  和shmat()一起用比較好看

key :ftok()的返回值
size:共用記憶體的大小，實際會按照頁的大小(PAGE_SIZE)來分配。0表示獲取已經分配好的共用記憶體
shmflg:具體的操作標誌

• IPC_CREAT:若不存在則創建, 需要在shmflg中＂|許可權信息＂, eg: |0664; 若存在則打開
  
• IPC_EXCL:與IPC_CREAT搭配使用, 若存在則創建失敗==>報錯,set errno
  
• 0 :獲取已經存在的共用記憶體

//創建shared memory
shmid=shmget(key,4,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0664);
if(-1==shmid)
    perror("shmget"),exit(-1);

Q:既然shmget()可以創建, 那要ftok()有啥用
A:shmget才是創建共用記憶體, ftok()只是用來產生一個key

shmat()

//掛接共用記憶體，成功返回映射記憶體的地址，失敗返回(void*)-1設errno
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

shmid: shmget()的返回值
shmaddr

• NULL表示由系統選擇 (同mmap())
• 非NULL且shflg是SHM_RND，會按照頁對齊的原則從shmaddr開始找最近的地址開始分配分，否則shmaddr指定的地址必須是頁對齊的
• shmflg :操作的標誌, 給0即可
  • SHM_RDONLY表示掛接到該共用記憶體的進程必須有讀許可權
  • SHM_REMAP (Linux-specific)表示如果要映射的共用記憶體已經有現存的記憶體，那麼就將舊的替換

//掛接共用記憶體
void* pv=shmat(shmid,NULL,0);
if((void*)-1==pv)
    perror("shmat"),exit(-1);

shmdt()

//脫接共用記憶體，成功返回0,失敗返回-1設errno
int shmdt(const void *shmaddr);

//脫接shm
int res=shmdt(pv);
if(-1==res)
    perror("shmdt"),exit(-1);

shmctl()

//共用記憶體管理，成功返回0,失敗返回-1設errno
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

shmid：共用記憶體的id，由shmget()返回
buf : shmid_ds類型的指針

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 */
    ...
};
//<sys/ipc.h>
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 */
};

cmd

• IPC_STAT表示從內核中拷貝關於這個shmid的信息到buf指向的shmid_ds中
• IPC_SET 將buf指向的shmid_ds的信息寫入到內核的結構體中，同時更新成員shm_ctime
• IPC_RMID銷毀共用記憶體
  

• IPC_INFO(Linux-specific)返回系統對共用記憶體的限制寫入到buf指向的時shminfo結構體中

  //_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里的同名文件進行修改

• SHM_INFO(Linux-specific) 返回一個shm_info結構體來表示該共用記憶體消耗的系統資源

  //_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 */
   };

• SHM_STAT(Linux-specific) 為IPC_STAT返回一個shmid_ds結構結構體，不同的是shmid的參數不是一個標識符，而是內核中一個包含了系統中所有共用記憶體信息的索引
• SHM_LOCK防止系統將共用記憶體放到swap區，IPC_STAT讀到的信息中SHM_LOCKED標記就被設置了
  

• SHM_UNLOCK 解除鎖定，即允許共用記憶體被系統放到swap區

//使用IPC_RMID刪除共用記憶體
int res=shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
if(-1==res)
    perror("shmctl"),exit(-1);

例子

//Sys V IPC shm
int shmid;          //定義全局變數記錄id
void fa(int signo){
    printf("deleting shared memories...\n");
    sleep(3);//其實沒用
    int res=shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
    if(-1==res)
        perror("shmctl"),exit(-1);
    printf("delete success\n");
    exit(0);    //ctrl+C已經不能結束while(1),用exit(0)來終結
}
int main(){
    //獲取key
    key_t key=ftok(".",100);    //.就是一個存在且可訪問的路徑, 100是隨便給的
    if(-1==key)
        perror("ftok"),exit(-1);
    printf("key=%#x\n",key);    //列印出進位的標示,即0x
    //創建shared memory
    shmid=shmget(key,4,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0664);
    if(-1==shmid)
        perror("shmget"),exit(-1);
    printf("shmid=%d\n",shmid);
    //掛接shm
    void* pv=shmat(shmid,NULL,0);
    if((void*)-1==pv)
        perror("shmat"),exit(-1);
    printf("link shared memory success\n");
    //訪問shm
    int* pi=(int*)pv;
    *pi=100;
    //脫接shm
    int res=shmdt(pv);
    if(-1==res)
        perror("shmdt"),exit(-1);
    printf("unlink success\n");
    //如果不再使用,刪除shm
    printf("刪除共用記憶體請按Ctrl C...\n");
    if(SIG_ERR==signal(SIGINT,fa))
        perror("signal"),exit(-1);
    while(1);
    return 0;
}