POSIX 共享內存和系列函數

時間 2020-06-02

標籤 posix 共享內存系列函數简体版

原文原文鏈接

在前面介紹了system v 共享內存的相關知識，如今來稍微看看posix 共享內存和系列函數。linux

共享內存簡單來講就是一塊真正的物理內存區域，可使用一些函數將這塊區域映射到進程的地址空間進行讀寫，而posix 共享內存與system v 共享內存不一樣的是它是用虛擬文件系統（tmpfs）實現的，已經掛載在/dev/shm 下面。man 7 shm_overviewubuntu

下面來看系列函數，編譯時候加上 -lrt 選項，即鏈接librt 庫（實時庫）函數

功能：用來建立或打開一個共享內存對象
原型 int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);
參數
name:共享內存對象的名字，必須以/打頭，而且後續不能有其它/ ，形如/somename長度不能超過NAME_MAX（255）
oflag:與open函數相似，能夠是O_RDONLY、O_RDWR，還能夠按位或上O_CREAT、O_EXCL、O_TRUNC等。
mode:此參數老是須要設置，若是oflag沒有指定了O_CREAT，能夠指定爲0
返回值：成功返回非負整數文件描述符；失敗返回-1
spa

注意，不存在所謂的shm_close 函數，能夠直接使用close 來關閉文件描述符。.net

功能：修改共享內存對象大小，shm_open不像shmget同樣能夠設置共享內存的大小，但可使用ftruncate 設置大小。
原型 int ftruncate(int fd, off_t length);
參數
fd: 文件描述符
length:長度
返回值：成功返回0；失敗返回-1
code

功能：獲取共享內存對象信息
原型
int fstat(int fd, struct stat *buf);
參數
fd: 文件描述符
buf:返回共享內存狀態
返回值：成功返回0；失敗返回-1
對象

struct stat 能夠參考這裏。blog

相似 shmctl(, IPC_STAT,);
進程

功能：刪除一個共享內存對象
原型 int shm_unlink(const char *name);
參數
name: 共享內存對象的名字
返回值：成功返回0；失敗返回-1
ip

shm_unlink 相似 shmctl(, IPC_RMID, );

功能：將共享內存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，一般指定爲NULL，讓內核自動選擇
len:映射到進程地址空間的字節數
prot:映射區保護方式
flags:標誌
fd:文件描述符
offset:從文件頭開始的偏移量
返回值：成功返回映射到的內存區的起始地址；失敗返回-1

在前面曾經介紹了mmap 函數將文件映射到進程地址空間的做用，其實它還能夠將共享內存對象映射到進程地址空間，相似shmat的做用，只是傳入的文件描述符fd 是shm_open 返回的。一樣地，解除映射能夠用munmap，相似shmdt 的做用。

下面寫幾個程序來演示一下：

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字節的共享內存段，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 將共享內存映射到進程地址空間，將shmid 傳入fd 參數，其他跟文件映射沒什麼區別，od -c查看能夠看到寫入的東西。

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

即讀取到了共享內存的數據，注意，讀取數據後共享內存的數據仍是存在的，除非被覆蓋了。

參考：《UNP》