linux網路編程之System V 共用記憶體 和 系列函數

跟訊息佇列一樣，共用記憶體也有自己的資料結構，如下：

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 */
...
};

同樣地，第一個成員是共有的IPC核心資料結構，其餘是私人成員。

以下是幾個共用記憶體函數：

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

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
int shmdt(const void *shmaddr);
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

功能：用來建立共用記憶體
原型 int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
參數
key:這個共用記憶體段名字
size:共用記憶體大小
shmflg:由九個許可權標誌構成，它們的用法和建立檔案時使用的mode模式標誌是一樣的
傳回值：成功返回一個非負整數，即該共用記憶體段的標識碼；失敗返回-1

功能：將共用記憶體段串連到進程地址空間
原型
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
參數
shmid: 共用記憶體標識
shmaddr:指定串連的地址
shmflg:它的兩個可能取值是SHM_RND和SHM_RDONLY
傳回值：成功返回一個指標，指向共用記憶體第一個位元組；失敗返回-1

shmaddr為NULL，核心自動選擇一個地址
shmaddr不為NULL且shmflg無SHM_RND標記，則以shmaddr為串連地址。
shmaddr不為NULL且shmflg設定了SHM_RND標記，則串連的地址會自動向下調整為SHMLBA的整數倍。

公式：shmaddr - (shmaddr % SHMLBA)
shmflg=SHM_RDONLY，表示串連操作用來唯讀共用記憶體

功能：將共用記憶體段與當前進程脫離
原型 int shmdt(const void *shmaddr);
參數
shmaddr: 由shmat所返回的指標
傳回值：成功返回0；失敗返回-1
注意：將共用記憶體段與當前進程脫離不等於刪除共用記憶體段

功能：用於控制共用記憶體
原型 int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
參數
shmid:由shmget返回的共用記憶體標識碼
cmd:將要採取的動作（有三個可取值）
buf:指向一個儲存著共用記憶體的模式狀態和存取權限的資料結構
傳回值：成功返回0；失敗返回-1

cmd 的取值如下，與訊息佇列類似：

IPC_STAT 把shmid_ds結構中的資料設定為共用記憶體的當前關聯值
IPC_SET 在進程有足夠許可權的前提下，把共用記憶體的當前關聯值設定為shmid_ds資料結構中給出的值
IPC_RMID 刪除共用記憶體段

下面寫兩個函數測試一下：

shm_write.c

 C++ Code 

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#include<string.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/msg.h> #include<sys/types.h> #include<unistd.h> #include<errno.h> #include<fcntl.h> #include<sys/stat.h> #include<sys/mman.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/shm.h> #define ERR_EXIT(m) \     do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     } while(0) typedef struct stu {     char name[32];     int age; } STU; int main(int argc, char *argv[]) {     int shmid;     shmid = shmget(1234, sizeof(STU), IPC_CREAT | 0666);     if (shmid == -1)         ERR_EXIT("shmget");     STU *p;     p = shmat(shmid, NULL, 0);     if (p == (void *) - 1)         ERR_EXIT("shmat");     strcpy(p->name, "lisi");     p->age = 20;     shmdt(p);     return 0; }

在上面程式中，先建立一塊共用記憶體，再映射到進程的地址空間。

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/system_v$ ipcs -m

------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status      

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/system_v$ ./shm_write 
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/system_v$ ipcs -m

------ Shared Memory Segments --------
key         shmid      owner      perms      bytes      nattch     status      
0x000004d2     0          simba      666           36            0                       

可以看到建立了一塊共用記憶體，位元組數為寫入的STU大小，natth 表示進程串連個數，若在上面程式的shmdt 之前sleep(n); 此時在另一視窗觀察，可發現串連數為1，進程退出時，串連數再次為0。

shm_read.c

 C++ Code 

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#include<string.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/msg.h> #include<sys/types.h> #include<unistd.h> #include<errno.h> #include<fcntl.h> #include<sys/stat.h> #include<sys/mman.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/shm.h> #define ERR_EXIT(m) \     do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     } while(0) typedef struct stu {     char name[32];     int age; } STU; int main(int argc, char *argv[]) {     int shmid;     shmid = shmget(1234, 0, 0);     if (shmid == -1)         ERR_EXIT("shmget");     STU *p;     p = shmat(shmid, NULL, 0);     if (p == (void *) - 1)         ERR_EXIT("shmat");     printf("name = %s age = %d\n", p->name, p->age);     shmdt(p);     shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);     return 0; }

上面程式中，先開啟共用記憶體，若未知共用記憶體大小，size 可設為0，然後也映射到自身的進程地址空間，讀取資料，最後使用shmctl 刪除這段共用記憶體。

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/system_v$ ./shm_read 
name = lisi age = 20
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/system_v$ ipcs -m

------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status 

共用記憶體段已經被刪除。

參考：《UNP》