nginx共享內存分析

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共享內存

共享內存是linux下最基本的進程間通訊方式。它經過mmap或者shmget系統調用在內存中建立一塊連續的線性地址空間，使用munmap或者shmdt系統調用能夠釋放這塊內存。使用共享內存的好處：當多個進程使用同一塊共享內存時，在任何一個進程中修改了共享內存中的內容，其餘進程經過訪問這段共享內存都可以獲得修改後的內容。

數據結構

nginx使用到的數據結構以下：

1 typedef struct {
2    u_char      *addr;    /* 共享內存的起始地址 */
3    size_t       size;    /* 共享內存的長度 */
4    ngx_str_t    name;    /* 共享內存的名字  */
5    ngx_log_t   *log;     /* 記錄日誌的對象 */
6
7/* unsigned  exists:1;  */ /*共享內存是否已經分配過，1：已經分配 */
8    ngx_uint_t   exists;   
9} ngx_shm_t;
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共享內存的API

nginx操做共享內存的API有兩個，以下：

1ngx_int_t ngx_shm_alloc(ngx_shm_t *shm);    /* 分配新的共享內存 */
2void ngx_shm_free(ngx_shm_t *shm);    /*釋放已經存在的共享內存 */
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實現方式

上面是nginx中操做共享內存的兩個api。咱們應該使用上述兩個api對共享內存進行操做。
爲了可移植性，nginx使用了三種方式來實現上述的兩個api，三種方式分別以下：
一、不映射文件使用mmap分配共享內存
二、以 /dev/zero 文件使用mmap映射共享內存。
三、用shmget調用來分配共享內存

源碼分析

源碼很簡單，咱們對mmap實現方式進行簡單的分析

 1#if (NGX_HAVE_MAP_ANON)
 2
 3ngx_int_t
 4ngx_shm_alloc(ngx_shm_t *shm)
 5{
 6    /* MAP_ANON:不使用文件映射方式，所以fd,offset無用,至關於在內存開闢一塊空間用於共享,由master建立 */
 7    shm->addr = (u_char *) mmap(NULL, shm->size,
 8                                PROT_READ|PROT_WRITE,
 9                                MAP_ANON|MAP_SHARED, -1, 0);
10
11    if (shm->addr == MAP_FAILED) {
12        ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, shm->log, ngx_errno,
13                      "mmap(MAP_ANON|MAP_SHARED, %uz) failed", shm->size);
14        return NGX_ERROR;
15    }
16
17    return NGX_OK;
18}
19
20
21void
22ngx_shm_free(ngx_shm_t *shm)
23{
24    if (munmap((void *) shm->addr, shm->size) == -1) {
25        ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, shm->log, ngx_errno,
26                      "munmap(%p, %uz) failed", shm->addr, shm->size);
27    }
28}
29
30#elif (NGX_HAVE_MAP_DEVZERO)
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能夠看到ngx_shm_alloc和ngx_shm_free的確是對mmap和munmap分別進行了封裝。並且使用了MAP_ANON，是在內存中開闢了一塊空間用於共享內存，而不是將硬盤中的文件映射。

nginx如何使用共享內存

首先，咱們得知道：默認狀況下，經過fork派生的子進程並不與其父進程共享內存區。但master與worker進程是父子進程啊，這該怎麼辦呢？如何讓master進程與worker進程共享內存區呢？
解決方法就在於mmap的flags參數。master進程在調用fork以前先指定flags爲MAP_SHARED來調用mmap，此時，POSIX是保證父進程中的內存映射關係是存留到子進程中的，父進程對共享內存所作的修改子進程能看到，反過來同樣。因此流程是：master進程在內存中以MAP_SHARED方式開闢一塊共享內存，並映射到本身進程地址空間中的共享內存區，而後master調用fork，派生子進程，子進程在本身的地址空間內也會繼承這塊共享內存區。這樣問題便解決了。

mmap/munmap 函數

1void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
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返回值：成功：被映射區的起始地址；出錯：MAP_FAILED
addr: 指定的fd描述符應被映射到進程地址空間的起始地址，通常爲NULL，意思就是讓內核本身去選擇起始地址
len: 映射到進程地址空間的字節數
prot：對這塊共享內存中的數據，咱們能夠處理的方式，以下：

prot	說明
PROT_READ	數據可讀
PROT_WRITE	數據可寫
PROT_EXEC	數據可執行
PROT_NONE	數據不可訪問

flags:變更共享內存區中的數據這一行爲是共享的仍是私有的，即對全部進程可見，仍是隻對該進程可見。以下：

flags	說明
MAP_SHARED	變更是共享的
MAP_PRIVATE	變更是私有的
MAP_FIXED	準確的解釋addr參數

fd:被映射的文件描述符
offset：被映射區域在文件中的起始位置。
具體的見下圖：

映射區域

須要注意的是：nginx的共享內存不是映射文件中的內容。當flags參數中MAP_ANON或MAP_ANONYMOUS，表示不從文件中映射，只從內存中開闢一塊連續的線性地址空間出來做爲共享內存。所以，這種狀況下fd和offset參數就沒意義，分別置-1和0便可。

爲從某一進程的地址空間中刪除一個映射關係，調用munmap。

1int  munmap(void *addr, size_t len);
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成功：0；出錯：-1

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