Linux进程间通信之共享内存

Ilovewuhandefengjing 2011-12-05 10:37:32
Linux进程间通信之共享内存

作者:武汉华嵌技术部



共享内存区是可用IPC形式中最快的。一旦这样的内存区映射到共享它的进程的地址空间,这些进程间数据的传递就不再涉及内核(这里说的不涉及内核的含义是:进程不再通过执行任何进入内核的系统调用来彼此传递数据)。然而往该共享内存区存放信息或从中取走信息的进程间通常需要某种形式的同步,同步的方式有多种,比如:信号量、互斥锁等等。





以下两图分别描述了读写消息时,一个要进入内核,而一个不进入内核的情况:





对于System V共享内存区,内核维护如下的信息结构,它定义在<sys/shm.h>头文件中:

struct shmid_ds{

struct ipc_perm shm_perm; /* operation permission struct */

size_t shm_segsz; /* segment size */

.

.

.

};



有了以上的知识,那么如何来对共享内存进行操作呢,以下就开始讲解如何来操作:

创建一个新的共享内存区,或者访问一个已存在的共享内存区。
#include <sys/shm.h>

int shmget(key_t key, size_t size, into flag);

size以字节为单位指定内存区的大小。当实际操作为创建一个新的共享内存区时,必须指定一个不为0的size值。如果实际操作为访问一个已存在的共享内存区,那么size应为0。

oflag为读写权限值的组合。它还可以与IPC_CREAT或IPC_CREAT|IPC_EXCL按位或。

当实际操作为创建一个共享内存区时,该内存区被初始化为size字节的0。

由shmget创建或打开一个共享内存区后,通过调用shmat把它附接到调用进程的地址空间。
#include <sys/shm.h>

void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int flag);

shmid是由shmget返回的标识符。Shmat的返回值是所指定的共享内存区在调用进程内的起始地址。确定这个地址的规则如下:

如果shmaddr是一个空指针,那么系统替调用者选择地址。(这个是推荐的方法)
如果shmaddr是一个非空指针,那么返回地址取决于调用者是否给flag参数指定了SHM_RND:
如果没有指定SHM_RND,那么相应的共享内存区附接到由shmaddr参数指定的地址;
如果指定了SHM_RND,那么相应的共享内存区附接到由shmaddr参数指定的地址向下舍入一个SHMLBA常值。
当一个进程完成共享内存区的使用时,它可调用shmdt断接这个内存区。
#include <sys/shm.h>

int shmdt(const void *shmaddr);

当一个进程终止时,它当前附接着的所有共享内存区都自动断接掉。

注意:本函数调用并不删除所指定的共享内存区。

shmctl提供了对一个共享内存区的多种操作。
#icnldue <sys/shm.h>

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buff);

该函数提供了三个命令:

IPC_RMID 从系统中删除由shmid标识的共享内存区并拆除它。

IPC_SET 给所描写的共享内存区设置其shmid_ds结构的某些成员。

IPC_STAT 向调用者返回所指定共享内存区当前的shmid_ds结构。



以下是共享内存结合信号量进行操作的部份代码:



发关进程的部份代码:
//创建一个共享内存区

if((shmid1 = shmget(shmkey1, MAX_SHEARE_MEM_SIZE, IPC_CREAT|0666)) < 0)

{

perror("shmget");

}

//把共享内存区附接到调用进程的地址空间

if((sharmem = shmat(shmid1, NULL, 0)) < 0)

{

perror("shmat");

}



while(1)

{

sem_p(semid1); //semid1进行p操作,保护共享区

memset(buff, 0, MAX_SHEARE_MEM_SIZE);

printf("Input ou want to say with you friend!\n");

fgets(buff, MAX_SHEARE_MEM_SIZE, stdin);

if(strncmp(buff, "quit", 4))

{

//往共享内存区放入数据

strncpy(sharmem, buff, MAX_SHEARE_MEM_SIZE);

sem_v(semid2); //semid2进行v操作,释放对共享区的保护

}

else

{

strncpy(sharmem, buff, MAX_SHEARE_MEM_SIZE);

sem_v(semid2);

break;

}

}

接收进程部份代码:
while(1)

{

sem_p(semid2); //semid2进行p操作,保护共享区

memset(buff, 0, MAX_SHEARE_MEM_SIZE);

strncpy(buff, sharmem, MAX_SHEARE_MEM_SIZE); //从共享内存区取出数据

printf("receive from you friend : %s\n", buff);

if(!strncmp(buff, "quit", 4))

{

del_sem(semid1);

del_sem(semid2);

break;

}

sem_v(semid1); //semid1进行v操作,释放对共享区的保护

}

//删除共享内存区

if((shmctl(shmid1, IPC_RMID, NULL)) < 0)

{

perror("shmctl");

}



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本PDF电子书包含上下两册,共1576页,带目录,高清非扫描版本。 作者: 毛德操 胡希明 丛书名: Linux内核源代码情景分析 出版社:浙江大学出版社 目录 第1章 预备知识 1.1 Linux内核简介. 1.2 Intel X86 CPU系列的寻址方式 1.3 i386的页式内存管理机制 1.4 Linux内核源代码中的C语言代码 1.5 Linux内核源代码中的汇编语言代码 第2章 存储管理 2.1 Linux内存管理的基本框架 2.2 地址映射的全过程 2.3 几个重要的数据结构和函数 2.4 越界访问 2.5 用户堆栈的扩展 2.6 物理页面的使用和周转 2.7 物理页面的分配 2.8 页面的定期换出 2.9 页面的换入 2.10 内核缓冲区的管理 2.11 外部设备存储空间的地址映射 2.12 系统调用brk() 2.13 系统调用mmap() 第3章 中断、异常和系统调用 3.1 X86 CPU对中断的硬件支持 3.2 中断向量表IDT的初始化 3.3 中断请求队列的初始化 3.4 中断的响应和服务 3.5 软中断与Bottom Half 3.6 页面异常的进入和返回 3.7 时钟中断 3.8 系统调用 3.9 系统调用号与跳转表 第4章 进程与进程调度 4.1 进程四要素 4.2 进程三部曲:创建、执行与消亡 4.3 系统调用fork()、vfork()与clone() 4.4 系统调用execve() 4.5 系统调用exit()与wait4() 4.6 进程的调度与切换 4.7 强制性调度 4.8 系统调用nanosleep()和pause() 4.9 内核中的互斥操作 第5章 文件系统 5.1 概述 5.2 从路径名到目标节点 5.3 访问权限与文件安全性 5.4 文件系统的安装和拆卸 5.5 文件的打开与关闭 5.6 文件的写与读 5.7 其他文件操作 5.8 特殊文件系统/proc 第6章 传统的Unix进程间通信 6.1 概述 6.2 管道和系统调用pipe() 6.3 命名管道 6.4 信号 6.5 系统调用ptrace()和进程跟踪 6.6 报文传递 6.7 共享内存 6.8 信号量 第7章基于socket的进程间通信 7.1系统调用socket() 7.2函数sys—socket()——创建插口 7.3函数sys—bind()——指定插口地址 7.4函数sys—listen()——设定server插口 7.5函数sys—accept()——接受连接请求 7.6函数sys—connect()——请求连接 7.7报文的接收与发送 7.8插口的关闭 7.9其他 第8章设备驱动 8.1概述 8.2系统调用mknod() 8.3可安装模块 8.4PCI总线 8.5块设备的驱动 8.6字符设备驱动概述 8.7终端设备与汉字信息处理 8.8控制台的驱动 8.9通用串行外部总线USB 8.10系统调用select()以及异步输入/输出 8.11设备文件系统devfs 第9章多处理器SMP系统结构 9.1概述 9.2SMP结构中的互斥问题 9.3高速缓存与内存的一致性 9.4SMP结构中的中断机制 9.5SMP结构中的进程调度 9.6SMP系统的引导 第10章系统引导和初始化 10.1系统引导过程概述 10.2系统初始化(第一阶段) 10.3系统初始化(第二阶段) 10.4系统初始化(第三阶段) 10.5系统的关闭和重引导

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