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共享內存
鎖定
共享內存初始化
shmid_ds結構數據 | 初 值 | shmid_ds結構數據 | 初 值 |
shm_lpid | 0 | shm_dtime | 0 |
shm_nattach | 0 | shm_ctime | 系統當前值 |
shm_atime | 0 | shm_segsz | 參數 size |
下面實例演示了使用shmget函數創建一塊共享內存。程序中在調用shmget函數時指定key參數值為IPC_PRIVATE，這個參數的意義是創建一個新的共享內存區，創建成功後使用shell命令ipcs來顯示系統下共享內存的狀態。命令參數-m為只顯示共享內存的狀態。
（1）在vi編輯器中編輯該程序如下：
程序清單14-8 create_shm.c 使用shmget函數創建共享內存
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#define BUFSZ 4096
int main ( void )
{
int shm_id; /*共享內存標識符*/
shm_id=shmget(IPC_PRIVATE, BUFSZ, 0666 ) ;
//shm_id=shmget(999,BUFSZ,0666|O_CREAT);
if (shm_id < 0 ) { /*創建共享內存*/
perror( "shmget" ) ;
exit ( 1 );
}
printf ( "successfully created segment : %d \n", shm_id ) ;
system( "ipcs -m"); /*調用ipcs命令查看IPC*/
exit( 0 );
}
（2）在shell中編譯該程序如下：
$gcc create_shm.c -o create_shm
（3）在shell中運行該程序如下：
$./ create_shm
successfully created segment : 2752516
------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch status
0x0000000 66root 600 393216 2 dest
0x00000 5209root 666 4096 0
0x0056a4d5 2686978 root 600 488 1
0x0056a4d6 2719747 root 600 131072 1
root 666 4096 0
上述程序中使用shmget函數來創建一段共享內存，並在結束前調用了系統shell命令ipcs –m來查看當前系統IPC狀態。
共享內存特點
所謂共享內存就是使得多個進程可以訪問同一塊內存空間，是最快的可用IPC形式。是針對其他通信機制運行效率較低而設計的。往往與其它通信機制，如信號量結合使用，來達到進程間的同步及互斥。其他進程能把同一段共享內存段“連接到”他們自己的地址空間裏去。所有進程都能訪問共享內存中的地址。如果一個進程向這段共享內存寫了數據，所做的改動會即時被有訪問同一段共享內存的其他進程看到。共享內存的使用大大降低了在大規模數據處理過程中內存的消耗，但是共享內存的使用中有很多的陷阱，一不注意就很容易導致程序崩潰。
[1]
共享內存注意事項
共享內存相比其他幾種方式有着更方便的數據控制能力，數據在讀寫過程中會更透明。當成功導入一塊共享內存後，它只是相當於一個字符串指針來指向一塊內存，在當前進程下用户可以隨意的訪問。缺點是，數據寫入進程或數據讀出進程中，需要附加的數據結構控制。
共享內存如何創建
共享內存是存在於內核級別的一種資源，在shell中可以使用ipcs命令來查看當前系統IPC中的狀態，在文件系統/proc目錄下有對其描述的相應文件。函數shmget可以創建或打開一塊共享內存區。函數原型如下：
#include
int shmget( key_t key, size_t size, int flag );
注意：內核是以頁為單位分配內存，當size參數的值不是系統內存頁長的整數倍時，系統會分配給進程最小的可以滿足size長的頁數，但是最後一頁的剩餘部分內存是不可用的。
當打開一個內存段時，參數size的值為0。參數flag中的相應權限位初始化ipc_perm結構體中的mode域。同時參數flag是函數行為參數，它指定一些當函數遇到阻塞或其他情況時應做出的反應。shmid_ds結構初始化如表14-4所示。
[2]
共享內存參數詳解
cmd的值意 義
IPC_STAT：取shm_id所指向內存共享段的shmid_ds結構，對參數buf指向的結構賦值
IPC_SET：使用buf指向的結構對sh_mid段的相關結構賦值，只對以下幾個域有作用，shm_perm.
uid shm_perm.gid以及shm_perm.mode，注意此命令只有具備以下條件的進程才可以請求：
1．進程的用户ID等於shm_perm.cuid或者等於shm_perm.uid
2．超級用户特權進程
IPC_RMID：刪除shm_id所指向的共享內存段，只有當shmid_ds結構的shm_nattch域為零時，才會真正執行刪除命令，否則不會刪除該段，注意此命令的請求規則與IPC_SET命令相同
SHM_LOCK：鎖定共享內存段在內存，此命令只能由超級用户請求
SHM_UNLOCK：對共享內存段解鎖，此命令只能由超級用户請求
使用函數shmat將一個存在的共享內存段連接到本進程空間，其函數原型如下：
#include <sys/shm.h> void *shmat( int shm_id, const void *addr, int flag );
函數中參數shm_id指定要引入的共享內存，參數addr與flag組合説明要引入的地址值，通常只有2種用法，addr為0，表明讓內核來決定第1個可以引入的位置。addr非零，並且flag中指定SHM_RND，則此段引入到addr所指向的位置（此操作不推薦使用，因為不會只對一種硬件上運行應用程序，為了程序的通用性推薦使用第1種方法），在flag參數中可以指定要引入的方式（讀寫方式指定）。
%説明：函數成功執行返回值為實際引入的地址，失敗返回–1。shmat函數成功執行會將shm_id段的shmid_ds結構的shm_nattch計數器的值加1。
當對共享內存段操作結束時，應調用shmdt函數，作用是將指定的共享內存段從當前進程空間中脱離出去。函數原型如下：
#include <sys/shm.h> int shmdt( void *addr);
參數addr是調用shmat函數的返回值，函數執行成功返回0，並將該共享內存的shmid_ds結構的shm_nattch計數器減1，失敗返回–1。
下面實例演示了操作共享內存段的流程。程序的開始部分先檢測用户是否有輸入，如出錯則打印該命令的使用幫助。接下來從命令行讀取將要引入的共享內存ID，使用shmat函數引入該共享內存，並在分離該內存之前睡眠3秒以方便查看系統IPC狀態。
（1）在vi編輯器中編輯該程序如下：
程序清單14-9 opr_shm.c 操作共享內存段
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main ( int argc, char *argv[] )
{
int shm_id ;
char * shm_buf;
if ( argc != 2 ){ /* 命令行參數錯誤 */
printf ( "USAGE: atshm <identifier>" ); /*打印幫助消息*/
exit (1 );
}
shm_id = atoi(argv[1]); /*得到要引入的共享內存段*/
/*引入共享內存段，由內核選擇要引入的位置*/
if ( (shm_buf = shmat( shm_id, 0, 0)) < (char *) 0 ){
perror ( "shmat" );
exit (1);
}
printf ( " segment attached at %p\n", shm_buf ); /*輸出導入的位置*/
system("ipcs -m");
sleep(3); /* 休眠 */
if ( (shmdt(shm_buf)) < 0 ) { /*與導入的共享內存段分離*/
perror ( "shmdt");
exit(1);
}
printf ( "segment detached \n" );
system ( "ipcs -m " ); /*再次查看系統IPC狀態*/
exit ( 0 );
}
（2）在shell中編譯該程序如下：
$gcc opr_shm.c -o opr_shm
（3）在shell中運行該程序如下：
$./ opr_shm 2752516
segment attached at 0xb7f29000
------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch status
0x00 0root 600 393216 2 dest
0x00000root 666 4096 0
0x0056a4d5 2686978 root 600 488 1
0x0056a4d6 2719747 root 600 131072 1
0x00000root 666 4096 1
segment detached
------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch status
0x000 00 65root 600 393216 2 dest
0x000209 root 666 4096 0
0x0056a4d5 2 686978 root 600 488 1
0x0056a4d6 27 19747 root 600 131072 1
0x000002516 root 666 4096 0
上述程序中從命令行中讀取所要引入的共享內存ID，並使用shmat函數引入該內存到當前的進程空間中。注意在使用shmat函數時，將參數addr的值設為0，所表達的意義是由內核來決定該共享內存在當前進程中的位置。由於在編程的過程中，很少會針對某一個特定的硬件或系統編程，所以由內核決定引入位置也就是shmat推薦的使用方式。在導入後使用shell命令ipcs –m來顯示當前的系統IPC的狀態，可以看出輸出信息中nattch字段為該共享內存時的引用值，最後使用shmdt函數分離該共享內存並打印系統IPC的狀態。
共享內存結構示意
%説明：兩個進程同時遵循一定的規則來讀寫該內存。同時，在多進程同步或互斥上也需要附加的代碼來輔助共享內存機制。
共享內存操作函數
由於共享內存這一特殊的資源類型，使它不同於普通的文件，因此，系統需要為其提供專有的操作函數，而這無疑增加了程序員開發的難度（需要記憶額外的專有函數）。使用函數shmctl可以對共享內存段進行多種操作，其函數原型如下：
#include
int shmctl( int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf );
函數中參數shm_id為所要操作的共享內存段的標識符，struct shmid_ds型指針參數buf的作用與參數cmd的值相關，參數cmd指明瞭所要進行的操作，其解釋如表14-5所示。
