采用共享內(nèi)存通信

1、采用共享內(nèi)存通信的一個(gè)顯而易見的好處是效率高，因?yàn)檫M(jìn)程可以直接讀寫內(nèi)存，而不需要任何數(shù)據(jù)的拷貝。對(duì)于像管道和消息隊(duì)列等通信方式，則需要在內(nèi)核和用戶空間進(jìn)行四次的數(shù)據(jù)拷貝，而共享內(nèi)存則只拷貝兩次數(shù)據(jù)1：一次從輸入文件到共享內(nèi)存區(qū)，另一次從共享內(nèi)存區(qū)到輸出文件。實(shí)際上，進(jìn)程之間在共享內(nèi)存時(shí)，并不總是讀寫少量數(shù)據(jù)后就解除映射，有新的通信時(shí)，再重新建立共享內(nèi)存區(qū)域。而是保持共享區(qū)域，直到通信完畢為止，這樣，數(shù)據(jù)內(nèi)容一直保存在共享內(nèi)存中，并沒有寫回文件。共享內(nèi)存中的內(nèi)容往往是在解除映射時(shí)才寫回文件的。因此，采用共享內(nèi)存的通信方式效率是非常高的。一、內(nèi)核怎樣保證各個(gè)進(jìn)程尋址到同一個(gè)共享內(nèi)存區(qū)域的內(nèi)存頁(yè)面1

2、、page cache及swap cache中頁(yè)面的區(qū)分：一個(gè)被訪問文件的物理頁(yè)面都駐留在page cache或swap cache中，一個(gè)頁(yè)面的所有信息由struct page來描述。struct page中有一個(gè)域?yàn)橹羔榤apping ，它指向一個(gè)struct address_space類型結(jié)構(gòu)。page cache或swap cache中的所有頁(yè)面就是根據(jù)address_space結(jié)構(gòu)以及一個(gè)偏移量來區(qū)分的。2、文件與address_space結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)：一個(gè)具體的文件在打開后，內(nèi)核會(huì)在內(nèi)存中為之建立一個(gè)struct inode結(jié)構(gòu)，其中的i_mapping域指向一個(gè)address_sp

3、ace結(jié)構(gòu)。這樣，一個(gè)文件就對(duì)應(yīng)一個(gè)address_space結(jié)構(gòu)，一個(gè)address_space與一個(gè)偏移量能夠確定一個(gè)page cache 或swap cache中的一個(gè)頁(yè)面。因此，當(dāng)要尋址某個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，很容易根據(jù)給定的文件及數(shù)據(jù)在文件內(nèi)的偏移量而找到相應(yīng)的頁(yè)面。3、進(jìn)程調(diào)用mmap()時(shí)，只是在進(jìn)程空間內(nèi)新增了一塊相應(yīng)大小的緩沖區(qū)，并設(shè)置了相應(yīng)的訪問標(biāo)識(shí)，但并沒有建立進(jìn)程空間到物理頁(yè)面的映射。因此，第一次訪問該空間時(shí)，會(huì)引發(fā)一個(gè)缺頁(yè)異常。4、對(duì)于共享內(nèi)存映射情況，缺頁(yè)異常處理程序首先在swap cache中尋找目標(biāo)頁(yè)（符合address_space以及偏移量的物理頁(yè)），如果找到，則直接返回

4、地址；如果沒有找到，則判斷該頁(yè)是否在交換區(qū)(swap area)，如果在，則執(zhí)行一個(gè)換入操作；如果上述兩種情況都不滿足，處理程序?qū)⒎峙湫碌奈锢眄?yè)面，并把它插入到page cache中。進(jìn)程最終將更新進(jìn)程頁(yè)表。 注：對(duì)于映射普通文件情況（非共享映射），缺頁(yè)異常處理程序首先會(huì)在page cache中根據(jù)address_space以及數(shù)據(jù)偏移量尋找相應(yīng)的頁(yè)面。如果沒有找到，則說明文件數(shù)據(jù)還沒有讀入內(nèi)存，處理程序會(huì)從磁盤讀入相應(yīng)的頁(yè)面，并返回相應(yīng)地址，同時(shí)，進(jìn)程頁(yè)表也會(huì)更新。 5、所有進(jìn)程在映射同一個(gè)共享內(nèi)存區(qū)域時(shí)，情況都一樣，在建立線性地址與物理地址之間的映射之后，不論進(jìn)程各自的返回地址如何，實(shí)際訪

5、問的必然是同一個(gè)共享內(nèi)存區(qū)域?qū)?yīng)的物理頁(yè)面。 注：一個(gè)共享內(nèi)存區(qū)域可以看作是特殊文件系統(tǒng)shm中的一個(gè)文件，shm的安裝點(diǎn)在交換區(qū)上。 上面涉及到了一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，圍繞數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理解問題會(huì)容易一些?；仨?yè)首二、mmap()及其相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用mmap()系統(tǒng)調(diào)用使得進(jìn)程之間通過映射同一個(gè)普通文件實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存。普通文件被映射到進(jìn)程地址空間后，進(jìn)程可以向訪問普通內(nèi)存一樣對(duì)文件進(jìn)行訪問，不必再調(diào)用read()，write（）等操作。注：實(shí)際上，mmap()系統(tǒng)調(diào)用并不是完全為了用于共享內(nèi)存而設(shè)計(jì)的。它本身提供了不同于一般對(duì)普通文件的訪問方式，進(jìn)程可以像讀寫內(nèi)存一樣對(duì)普通文件的操作。而Posix或系統(tǒng)V的共享內(nèi)

6、存IPC則純粹用于共享目的，當(dāng)然mmap()實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存也是其主要應(yīng)用之一。1、mmap()系統(tǒng)調(diào)用形式如下：void* mmap ( void * addr , size_t len , int prot , int flags , int fd , off_t offset ) 參數(shù)fd為即將映射到進(jìn)程空間的文件描述字，一般由open()返回，同時(shí)，fd可以指定為-1，此時(shí)須指定flags參數(shù)中的MAP_ANON，表明進(jìn)行的是匿名映射（不涉及具體的文件名，避免了文件的創(chuàng)建及打開，很顯然只能用于具有親緣關(guān)系的進(jìn)程間通信）。len是映射到調(diào)用進(jìn)程地址空間的字節(jié)數(shù)，它從被映射文件開頭offset

7、個(gè)字節(jié)開始算起。prot 參數(shù)指定共享內(nèi)存的訪問權(quán)限。可取如下幾個(gè)值的或：PROT_READ（可讀） , PROT_WRITE （可寫）, PROT_EXEC （可執(zhí)行）, PROT_NONE（不可訪問）。flags由以下幾個(gè)常值指定：MAP_SHARED , MAP_PRIVATE , MAP_FIXED，其中，MAP_SHARED , MAP_PRIVATE必選其一，而MAP_FIXED則不推薦使用。offset參數(shù)一般設(shè)為0，表示從文件頭開始映射。參數(shù)addr指定文件應(yīng)被映射到進(jìn)程空間的起始地址，一般被指定一個(gè)空指針，此時(shí)選擇起始地址的任務(wù)留給內(nèi)核來完成。函數(shù)的返回值為最后文件映射到進(jìn)程

8、空間的地址，進(jìn)程可直接操作起始地址為該值的有效地址。這里不再詳細(xì)介紹mmap()的參數(shù)，讀者可參考mmap()手冊(cè)頁(yè)獲得進(jìn)一步的信息。 2、系統(tǒng)調(diào)用mmap()用于共享內(nèi)存的兩種方式：（1）使用普通文件提供的內(nèi)存映射：適用于任何進(jìn)程之間；此時(shí)，需要打開或創(chuàng)建一個(gè)文件，然后再調(diào)用mmap()；典型調(diào)用代碼如下： fd=open(name, flag, mode);if(fd<0).ptr=mmap(NULL, len , PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED , fd , 0); 通過mmap()實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存的通信方式有許多特點(diǎn)和要注意的地方，我們將在范例中進(jìn)行

9、具體說明。 （2）使用特殊文件提供匿名內(nèi)存映射：適用于具有親緣關(guān)系的進(jìn)程之間；由于父子進(jìn)程特殊的親緣關(guān)系，在父進(jìn)程中先調(diào)用mmap()，然后調(diào)用fork()。那么在調(diào)用fork()之后，子進(jìn)程繼承父進(jìn)程匿名映射后的地址空間，同樣也繼承mmap()返回的地址，這樣，父子進(jìn)程就可以通過映射區(qū)域進(jìn)行通信了。注意，這里不是一般的繼承關(guān)系。一般來說，子進(jìn)程單獨(dú)維護(hù)從父進(jìn)程繼承下來的一些變量。而mmap()返回的地址，卻由父子進(jìn)程共同維護(hù)。 對(duì)于具有親緣關(guān)系的進(jìn)程實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存最好的方式應(yīng)該是采用匿名內(nèi)存映射的方式。此時(shí)，不必指定具體的文件，只要設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志即可，參見范例2。 3、系統(tǒng)調(diào)用munmap()

10、int munmap( void * addr, size_t len ) 該調(diào)用在進(jìn)程地址空間中解除一個(gè)映射關(guān)系，addr是調(diào)用mmap()時(shí)返回的地址，len是映射區(qū)的大小。當(dāng)映射關(guān)系解除后，對(duì)原來映射地址的訪問將導(dǎo)致段錯(cuò)誤發(fā)生。 4、系統(tǒng)調(diào)用msync()int msync ( void * addr , size_t len, int flags) 一般說來，進(jìn)程在映射空間的對(duì)共享內(nèi)容的改變并不直接寫回到磁盤文件中，往往在調(diào)用munmap（）后才執(zhí)行該操作?？梢酝ㄟ^調(diào)用msync()實(shí)現(xiàn)磁盤上文件內(nèi)容與共享內(nèi)存區(qū)的內(nèi)容一致。 回頁(yè)首三、mmap()范例下面將給出使用mmap()的兩個(gè)范

11、例：范例1給出兩個(gè)進(jìn)程通過映射普通文件實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存通信；范例2給出父子進(jìn)程通過匿名映射實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存。系統(tǒng)調(diào)用mmap()有許多有趣的地方，下面是通過mmap（）映射普通文件實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信的范例，我們通過該范例來說明mmap()實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存的特點(diǎn)及注意事項(xiàng)。范例1：兩個(gè)進(jìn)程通過映射普通文件實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存通信下面是兩個(gè)程序代碼：/*-map_normalfile1.c-*/#include <sys/mman.h>#include <sys/types.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>typedef st

12、ruct char name4; int age;people;main(int argc, char* argv) / map a normal file as shared mem: int fd,i; people *p_map; char temp; fd=open(argv1,O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC,00777); lseek(fd,sizeof(people)*5-1,SEEK_SET); write(fd,"",1); p_map = (people*) mmap( NULL,sizeof(people)*10,PROT_READ|PRO

13、T_WRITE, MAP_SHARED,fd,0 ); close( fd ); temp = 'a' for(i=0; i<10; i+) temp += 1; memcpy( ( *(p_map+i) ).name, &temp,2 ); ( *(p_map+i) ).age = 20+i; printf(" initialize over n ")； sleep(10); munmap( p_map, sizeof(people)*10 ); printf( "umap ok n" );/*-map_normalfil

14、e2.c-*/#include <sys/mman.h>#include <sys/types.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>typedef struct char name4; int age;people;main(int argc, char* argv) / map a normal file as shared mem: int fd,i; people *p_map; fd=open( argv1,O_CREAT|O_RDWR,00777 ); p_map = (people*)mmap

15、(NULL,sizeof(people)*10,PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED,fd,0); for(i = 0;i<10;i+) printf( "name: %s age %d;n",(*(p_map+i).name, (*(p_map+i).age ); munmap( p_map,sizeof(people)*10 );map_normalfile1.c首先定義了一個(gè)people數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，（在這里采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方式是因?yàn)?，共享?nèi)存區(qū)的數(shù)據(jù)往往是有固定格式的，這由通信的各個(gè)進(jìn)程決定，采用結(jié)構(gòu)的方式有普遍代表性）。map_norm

16、file1首先打開或創(chuàng)建一個(gè)文件，并把文件的長(zhǎng)度設(shè)置為5個(gè)people結(jié)構(gòu)大小。然后從mmap()的返回地址開始，設(shè)置了10個(gè)people結(jié)構(gòu)。然后，進(jìn)程睡眠10秒鐘，等待其他進(jìn)程映射同一個(gè)文件，最后解除映射。map_normfile2.c只是簡(jiǎn)單的映射一個(gè)文件，并以people數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的格式從mmap()返回的地址處讀取10個(gè)people結(jié)構(gòu)，并輸出讀取的值，然后解除映射。分別把兩個(gè)程序編譯成可執(zhí)行文件map_normalfile1和map_normalfile2后，在一個(gè)終端上先運(yùn)行./map_normalfile2 /tmp/test_shm，程序輸出結(jié)果如下：initialize ov

17、erumap ok在map_normalfile1輸出initialize over 之后，輸出umap ok之前，在另一個(gè)終端上運(yùn)行map_normalfile2 /tmp/test_shm，將會(huì)產(chǎn)生如下輸出(為了節(jié)省空間，輸出結(jié)果為稍作整理后的結(jié)果)：name: bage 20;name: cage 21;name: dage 22;name: eage 23;name: fage 24;name: gage 25;name: hage 26;name: Iage 27;name: jage 28;name: kage 29;在map_normalfile1 輸出umap ok后，運(yùn)行ma

18、p_normalfile2則輸出如下結(jié)果：name: bage 20;name: cage 21;name: dage 22;name: eage 23;name: fage 24;name:age 0;name:age 0;name:age 0;name:age 0;name:age 0;從程序的運(yùn)行結(jié)果中可以得出的結(jié)論 1、 最終被映射文件的內(nèi)容的長(zhǎng)度不會(huì)超過文件本身的初始大小，即映射不能改變文件的大??；2、 可以用于進(jìn)程通信的有效地址空間大小大體上受限于被映射文件的大小，但不完全受限于文件大小。打開文件被截短為5個(gè)people結(jié)構(gòu)大小，而在map_normalfile1中初始化了10個(gè)p

19、eople數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在恰當(dāng)時(shí)候（map_normalfile1輸出initialize over 之后，輸出umap ok之前）調(diào)用map_normalfile2會(huì)發(fā)現(xiàn)map_normalfile2將輸出全部10個(gè)people結(jié)構(gòu)的值，后面將給出詳細(xì)討論。 注：在linux中，內(nèi)存的保護(hù)是以頁(yè)為基本單位的，即使被映射文件只有一個(gè)字節(jié)大小，內(nèi)核也會(huì)為映射分配一個(gè)頁(yè)面大小的內(nèi)存。當(dāng)被映射文件小于一個(gè)頁(yè)面大小時(shí)，進(jìn)程可以對(duì)從mmap()返回地址開始的一個(gè)頁(yè)面大小進(jìn)行訪問，而不會(huì)出錯(cuò)；但是，如果對(duì)一個(gè)頁(yè)面以外的地址空間進(jìn)行訪問，則導(dǎo)致錯(cuò)誤發(fā)生，后面將進(jìn)一步描述。因此，可用于進(jìn)程間通信的有效地址空間大小

20、不會(huì)超過文件大小及一個(gè)頁(yè)面大小的和。 3、 文件一旦被映射后，調(diào)用mmap()的進(jìn)程對(duì)返回地址的訪問是對(duì)某一內(nèi)存區(qū)域的訪問，暫時(shí)脫離了磁盤上文件的影響。所有對(duì)mmap()返回地址空間的操作只在內(nèi)存中有意義，只有在調(diào)用了munmap()后或者msync()時(shí)，才把內(nèi)存中的相應(yīng)內(nèi)容寫回磁盤文件，所寫內(nèi)容仍然不能超過文件的大小。范例2：父子進(jìn)程通過匿名映射實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存#include <sys/mman.h>#include <sys/types.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>typedef struct

21、 char name4; int age;people;main(int argc, char* argv) int i; people *p_map; char temp; p_map=(people*)mmap(NULL,sizeof(people)*10,PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1,0); if(fork() = 0) sleep(2); for(i = 0;i<5;i+) printf("child read: the %d people's age is %dn",i+1,(*(

22、p_map+i).age); (*p_map).age = 100; munmap(p_map,sizeof(people)*10); /實(shí)際上，進(jìn)程終止時(shí)，會(huì)自動(dòng)解除映射。 exit(); temp = 'a' for(i = 0;i<5;i+) temp += 1; memcpy(*(p_map+i).name, &temp,2); (*(p_map+i).age=20+i; sleep(5); printf( "parent read: the first people,s age is %dn",(*p_map).age ); prin

23、tf("umapn"); munmap( p_map,sizeof(people)*10 ); printf( "umap okn" );考察程序的輸出結(jié)果，體會(huì)父子進(jìn)程匿名共享內(nèi)存：child read: the 1 people's age is 20child read: the 2 people's age is 21child read: the 3 people's age is 22child read: the 4 people's age is 23child read: the 5 people'

24、;s age is 24parent read: the first people,s age is 100umapumap ok回頁(yè)首四、對(duì)mmap()返回地址的訪問前面對(duì)范例運(yùn)行結(jié)構(gòu)的討論中已經(jīng)提到，linux采用的是頁(yè)式管理機(jī)制。對(duì)于用mmap()映射普通文件來說，進(jìn)程會(huì)在自己的地址空間新增一塊空間，空間大小由mmap()的len參數(shù)指定，注意，進(jìn)程并不一定能夠?qū)θ啃略隹臻g都能進(jìn)行有效訪問。進(jìn)程能夠訪問的有效地址大小取決于文件被映射部分的大小。簡(jiǎn)單的說，能夠容納文件被映射部分大小的最少頁(yè)面?zhèn)€數(shù)決定了進(jìn)程從mmap()返回的地址開始，能夠有效訪問的地址空間大小。超過這個(gè)空間大小，內(nèi)核會(huì)根

25、據(jù)超過的嚴(yán)重程度返回發(fā)送不同的信號(hào)給進(jìn)程。可用如下圖示說明：注意：文件被映射部分而不是整個(gè)文件決定了進(jìn)程能夠訪問的空間大小，另外，如果指定文件的偏移部分，一定要注意為頁(yè)面大小的整數(shù)倍。下面是對(duì)進(jìn)程映射地址空間的訪問范例：#include <sys/mman.h>#include <sys/types.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>typedef structchar name4;int age;people;main(int argc, char* argv)int fd,i;int pagesiz

26、e,offset;people *p_map;pagesize = sysconf(_SC_PAGESIZE);printf("pagesize is %dn",pagesize);fd = open(argv1,O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC,00777);lseek(fd,pagesize*2-100,SEEK_SET);write(fd,"",1);offset = 0;/此處offset = 0編譯成版本1；offset = pagesize編譯成版本2p_map = (people*)mmap(NULL,pagesize*3,PR

27、OT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,offset);close(fd);for(i = 1; i<10; i+)(*(p_map+pagesize/sizeof(people)*i-2).age = 100;printf("access page %d overn",i);(*(p_map+pagesize/sizeof(people)*i-1).age = 100;printf("access page %d edge over, now begin to access page %dn",i, i+1);(*(p_

28、map+pagesize/sizeof(people)*i).99age = 100;printf("access page %d overn",i+1);munmap(p_map,sizeof(people)*10);如程序中所注釋的那樣，把程序編譯成兩個(gè)版本，兩個(gè)版本主要體現(xiàn)在文件被映射部分的大小不同。文件的大小介于一個(gè)頁(yè)面與兩個(gè)頁(yè)面之間（大小為：pagesize*2-99），版本1的被映射部分是整個(gè)文件，版本2的文件被映射部分是文件大小減去一個(gè)頁(yè)面后的剩余部分，不到一個(gè)頁(yè)面大小(大小為：pagesize-99)。程序中試圖訪問每一個(gè)頁(yè)面邊界，兩個(gè)版本都試圖在進(jìn)程空間中

29、映射pagesize*3的字節(jié)數(shù)。版本1的輸出結(jié)果如下：pagesize is 4096access page 1 overaccess page 1 edge over, now begin to access page 2access page 2 overaccess page 2 overaccess page 2 edge over, now begin to access page 3Bus error/被映射文件在進(jìn)程空間中覆蓋了兩個(gè)頁(yè)面，此時(shí)，進(jìn)程試圖訪問第三個(gè)頁(yè)面版本2的輸出結(jié)果如下：pagesize is 4096access page 1 overaccess page

30、1 edge over, now begin to access page 2Bus error/被映射文件在進(jìn)程空間中覆蓋了一個(gè)頁(yè)面，此時(shí)，進(jìn)程試圖訪問第二個(gè)頁(yè)面結(jié)論：采用系統(tǒng)調(diào)用mmap()實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信是很方便的，在應(yīng)用層上接口非常簡(jiǎn)潔。內(nèi)部實(shí)現(xiàn)機(jī)制區(qū)涉及到了linux存儲(chǔ)管理以及文件系統(tǒng)等方面的內(nèi)容，可以參考一下相關(guān)重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來加深理解。在本專題的后面部分，將介紹系統(tǒng)v共享內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)調(diào)用mmap()通過映射一個(gè)普通文件實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存。系統(tǒng)V則是通過映射特殊文件系統(tǒng)shm中的文件實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的共享內(nèi)存通信。也就是說，每個(gè)共享內(nèi)存區(qū)域?qū)?yīng)特殊文件系統(tǒng)shm中的一個(gè)文件（這是通過shmi

31、d_kernel結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來的），后面還將闡述。1、系統(tǒng)V共享內(nèi)存原理進(jìn)程間需要共享的數(shù)據(jù)被放在一個(gè)叫做IPC共享內(nèi)存區(qū)域的地方，所有需要訪問該共享區(qū)域的進(jìn)程都要把該共享區(qū)域映射到本進(jìn)程的地址空間中去。系統(tǒng)V共享內(nèi)存通過shmget獲得或創(chuàng)建一個(gè)IPC共享內(nèi)存區(qū)域，并返回相應(yīng)的標(biāo)識(shí)符。內(nèi)核在保證shmget獲得或創(chuàng)建一個(gè)共享內(nèi)存區(qū)，初始化該共享內(nèi)存區(qū)相應(yīng)的shmid_kernel結(jié)構(gòu)注同時(shí)，還將在特殊文件系統(tǒng)shm中，創(chuàng)建并打開一個(gè)同名文件，并在內(nèi)存中建立起該文件的相應(yīng)dentry及inode結(jié)構(gòu)，新打開的文件不屬于任何一個(gè)進(jìn)程（任何進(jìn)程都可以訪問該共享內(nèi)存區(qū)）。所有這一切都是系統(tǒng)調(diào)用shmg

32、et完成的。注：每一個(gè)共享內(nèi)存區(qū)都有一個(gè)控制結(jié)構(gòu)struct shmid_kernel，shmid_kernel是共享內(nèi)存區(qū)域中非常重要的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它是存儲(chǔ)管理和文件系統(tǒng)結(jié)合起來的橋梁，定義如下：struct shmid_kernel /* private to the kernel */struct kern_ipc_permshm_perm;struct file *shm_file;intid;unsigned longshm_nattch;unsigned longshm_segsz;time_tshm_atim;time_tshm_dtim;time_tshm_ctim;pid_

33、tshm_cprid;pid_tshm_lprid;該結(jié)構(gòu)中最重要的一個(gè)域應(yīng)該是shm_file，它存儲(chǔ)了將被映射文件的地址。每個(gè)共享內(nèi)存區(qū)對(duì)象都對(duì)應(yīng)特殊文件系統(tǒng)shm中的一個(gè)文件，一般情況下，特殊文件系統(tǒng)shm中的文件是不能用read()、write()等方法訪問的，當(dāng)采取共享內(nèi)存的方式把其中的文件映射到進(jìn)程地址空間后，可直接采用訪問內(nèi)存的方式對(duì)其訪問。這里我們采用1中的圖表給出與系統(tǒng)V共享內(nèi)存相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：正如消息隊(duì)列和信號(hào)燈一樣，內(nèi)核通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct ipc_ids shm_ids維護(hù)系統(tǒng)中的所有共享內(nèi)存區(qū)域。上圖中的shm_ids.entries變量指向一個(gè)ipc_id結(jié)構(gòu)數(shù)組

34、，而每個(gè)ipc_id結(jié)構(gòu)數(shù)組中有個(gè)指向kern_ipc_perm結(jié)構(gòu)的指針。到這里讀者應(yīng)該很熟悉了，對(duì)于系統(tǒng)V共享內(nèi)存區(qū)來說，kern_ipc_perm的宿主是shmid_kernel結(jié)構(gòu)，shmid_kernel是用來描述一個(gè)共享內(nèi)存區(qū)域的，這樣內(nèi)核就能夠控制系統(tǒng)中所有的共享區(qū)域。同時(shí)，在shmid_kernel結(jié)構(gòu)的file類型指針shm_file指向文件系統(tǒng)shm中相應(yīng)的文件，這樣，共享內(nèi)存區(qū)域就與shm文件系統(tǒng)中的文件對(duì)應(yīng)起來。在創(chuàng)建了一個(gè)共享內(nèi)存區(qū)域后，還要將它映射到進(jìn)程地址空間，系統(tǒng)調(diào)用shmat()完成此項(xiàng)功能。由于在調(diào)用shmget()時(shí)，已經(jīng)創(chuàng)建了文件系統(tǒng)shm中的一個(gè)同名文

35、件與共享內(nèi)存區(qū)域相對(duì)應(yīng)，因此，調(diào)用shmat()的過程相當(dāng)于映射文件系統(tǒng)shm中的同名文件過程，原理與mmap()大同小異。回頁(yè)首2、系統(tǒng)V共享內(nèi)存API對(duì)于系統(tǒng)V共享內(nèi)存，主要有以下幾個(gè)API：shmget()、shmat()、shmdt()及shmctl()。#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>shmget（）用來獲得共享內(nèi)存區(qū)域的ID，如果不存在指定的共享區(qū)域就創(chuàng)建相應(yīng)的區(qū)域。shmat()把共享內(nèi)存區(qū)域映射到調(diào)用進(jìn)程的地址空間中去，這樣，進(jìn)程就可以方便地對(duì)共享區(qū)域進(jìn)行訪問操作。shmdt()調(diào)用用來解除進(jìn)程對(duì)共享內(nèi)存區(qū)

36、域的映射。shmctl實(shí)現(xiàn)對(duì)共享內(nèi)存區(qū)域的控制操作。這里我們不對(duì)這些系統(tǒng)調(diào)用作具體的介紹，讀者可參考相應(yīng)的手冊(cè)頁(yè)面，后面的范例中將給出它們的調(diào)用方法。注：shmget的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)包含了許多重要的系統(tǒng)V共享內(nèi)存機(jī)制；shmat在把共享內(nèi)存區(qū)域映射到進(jìn)程空間時(shí)，并不真正改變進(jìn)程的頁(yè)表。當(dāng)進(jìn)程第一次訪問內(nèi)存映射區(qū)域訪問時(shí)，會(huì)因?yàn)闆]有物理頁(yè)表的分配而導(dǎo)致一個(gè)缺頁(yè)異常，然后內(nèi)核再根據(jù)相應(yīng)的存儲(chǔ)管理機(jī)制為共享內(nèi)存映射區(qū)域分配相應(yīng)的頁(yè)表。回頁(yè)首3、系統(tǒng)V共享內(nèi)存限制在/proc/sys/kernel/目錄下，記錄著系統(tǒng)V共享內(nèi)存的一下限制，如一個(gè)共享內(nèi)存區(qū)的最大字節(jié)數(shù)shmmax，系統(tǒng)范圍內(nèi)最大共享內(nèi)存區(qū)標(biāo)識(shí)

37、符數(shù)shmmni等，可以手工對(duì)其調(diào)整，但不推薦這樣做。在2中，給出了這些限制的測(cè)試方法，不再贅述?；仨?yè)首4、系統(tǒng)V共享內(nèi)存范例本部分將給出系統(tǒng)V共享內(nèi)存API的使用方法，并對(duì)比分析系統(tǒng)V共享內(nèi)存機(jī)制與mmap()映射普通文件實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存之間的差異，首先給出兩個(gè)進(jìn)程通過系統(tǒng)V共享內(nèi)存通信的范例：/* testwrite.c */#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>typedef structchar name4;int ag

38、e; people;main(int argc, char* argv)int shm_id,i;key_t key;char temp;people *p_map;char* name = "/dev/shm/myshm2"key = ftok(name,0);if(key=-1)perror("ftok error");shm_id=shmget(key,4096,IPC_CREAT);if(shm_id=-1)perror("shmget error");return;p_map=(people*)shmat(shm_id,NU

39、LL,0);temp='a'for(i = 0;i<10;i+)temp+=1;memcpy(*(p_map+i).name,&temp,1);(*(p_map+i).age=20+i;if(shmdt(p_map)=-1)perror(" detach error ");/* testread.c */#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>typedef structchar name4;int age; people;main(int argc, char* argv)int shm_id,i;key_t key;people *p_map;char* name = "/dev/shm/myshm2"key = ftok(name,0);if(key = -