linux網路編程之POSIX 共用記憶體和 系列函數

在前面介紹了system v 共用記憶體的相關知識，現在來稍微看看posix 共用記憶體 和系列函數。

共用記憶體簡單來說就是一塊真正的實體記憶體地區，可以使用一些函數將這塊區域對應到進程的地址空間進行讀寫，而posix 共用記憶體與system v 共用記憶體不同的是它是用虛擬檔案系統（tmpfs）實現的，已經掛載在/dev/shm 下面。man 7 shm_overview

下面來看系列函數，編譯時間候加上 -lrt 選項，即串連librt 庫 （即時庫）

功能：用來建立或開啟一個共用記憶體對象
原型 int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode); 
參數
name:共用記憶體對象的名字，必須以/打頭，並且後續不能有其它/ ，形如/somename長度不能超過NAME_MAX（255）
oflag:與open函數類似，可以是O_RDONLY、O_RDWR，還可以按位或上O_CREAT、O_EXCL、O_TRUNC等。
mode:此參數總是需要設定，如果oflag沒有指定了O_CREAT，可以指定為0
傳回值：成功返回非負整數檔案描述符；失敗返回-1

注意，不存在所謂的shm_close 函數，可以直接使用close 來關閉檔案描述符。

功能：修改共用記憶體對象大小，shm_open不像shmget一樣可以設定共用記憶體的大小，但可以使用ftruncate 設定大小。
原型 int ftruncate(int fd, off_t length);
參數
fd: 檔案描述符
length:長度
傳回值：成功返回0；失敗返回-1

功能：擷取共用記憶體對象資訊
原型
int fstat(int fd, struct stat *buf);
參數
fd: 檔案描述符
buf:返回共用記憶體狀態
傳回值：成功返回0；失敗返回-1

struct stat 可以參考這裡。

類似 shm_ctl(，IPC_STAT，);

功能：刪除一個共用記憶體對象
原型 int shm_unlink(const char *name); 
參數
name: 共用記憶體對象的名字
傳回值：成功返回0；失敗返回-1

shm_unlink 類似 shm_ctl(，IPC_RMID，);

功能：將共用記憶體對象映射到進程地址空間。
原型 void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
參數
addr: 要映射的起始地址，通常指定為NULL，讓核心自動選擇
len:映射到進程地址空間的位元組數
prot:映射區保護方式
flags:標誌
fd:檔案描述符
offset:從檔案頭開始的位移量
傳回值：成功返回映射到的記憶體區的起始地址；失敗返回-1

在前面曾經介紹了mmap 函數 將檔案對應到進程地址空間的作用，其實它還可以將共用記憶體對象映射到進程地址空間，類似shmat的作用，只是傳入的檔案描述符fd 是shm_open 返回的。同樣地，解除映射可以用munmap，類似shmdt
的作用。

下面寫幾個程式來示範一下：

shm_open.c

 C++ Code 

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#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/types.h> #include<unistd.h> #include<errno.h> #include<fcntl.h> #include<sys/stat.h> #include<sys/mman.h> #define ERR_EXIT(m) \     do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     } while(0) int main(void) {     int  shmid;     shmid = shm_open("/xyz", O_CREAT | O_RDWR, 0666);     if (shmid == -1)         ERR_EXIT("shm_open");     if (ftruncate(shmid, 36) == -1)         ERR_EXIT("ftruncate");     struct stat buf;     if (fstat(shmid, &buf) == -1)         ERR_EXIT("fstat");     printf("size=%ld, mode=%o\n", buf.st_size, buf.st_mode & 0777);     close(shmid);     return 0; }

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ ./shm_open 
size=36, mode=664
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ ls -l /dev/shm/xyz 
-rw-rw-r-- 1 simba simba 36 Jun 16 15:01 /dev/shm/xyz

即建立了一個36位元組的共用記憶體段，在/dev/shm 目錄下。

shm_write.c

 C++ Code 

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#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/types.h> #include<unistd.h> #include<errno.h> #include<fcntl.h> #include<sys/stat.h> #include<sys/mman.h> #include<string.h> #define ERR_EXIT(m) \     do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     } while(0) typedef struct stu {     char name[32];     int age; } STU; int main(void) {     int  shmid;     shmid = shm_open("/xyz", O_RDWR, 0);     if (shmid == -1)         ERR_EXIT("shm_open");     struct stat buf;     if (fstat(shmid, &buf) == -1)         ERR_EXIT("fstat");     printf("size=%ld, mode=%o\n", buf.st_size, buf.st_mode & 0777);     STU *p;     p = (STU *)mmap(NULL, buf.st_size, PROT_WRITE, MAP_SHARED, shmid, 0);     if (p == MAP_FAILED)         ERR_EXIT("mmap");     strcpy(p->name, "test");     p->age = 20;     close(shmid);     return 0; }

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ ./shm_write 
size=36, mode=664
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ od -c /dev/shm/xyz 
0000000   t   e   s   t  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0
0000020  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0
0000040 024  \0  \0  \0
0000044

使用mmap 將共用記憶體映射到進程地址空間，將shmid 傳入fd 參數，其餘跟檔案對應沒什麼區別，od -c查看可以看到寫入的東西。

shm_read.c

 C++ Code 

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#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/types.h> #include<unistd.h> #include<errno.h> #include<fcntl.h> #include<sys/stat.h> #include<sys/mman.h> #include<string.h> #define ERR_EXIT(m) \     do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     } while(0) typedef struct stu {     char name[32];     int age; } STU; int main(void) {     int  shmid;     shmid = shm_open("/xyz", O_RDONLY, 0);     if (shmid == -1)         ERR_EXIT("shm_open");     struct stat buf;     if (fstat(shmid, &buf) == -1)         ERR_EXIT("fstat");     printf("size=%ld, mode=%o\n", buf.st_size, buf.st_mode & 0777);     STU *p;     p = (STU *)mmap(NULL, buf.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, shmid, 0);     if (p == MAP_FAILED)         ERR_EXIT("mmap");     printf("name=%s age=%d\n", p->name, p->age);     close(shmid);     return 0; }

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ ./shm_read 
size=36, mode=664
name=test age=20

即讀取到了共用記憶體的資料，注意，讀取資料後共用記憶體的資料還是存在的，除非被覆蓋了。

參考：《UNP》