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Unix/Linux共享內存應用與陷阱

共享內存是系統出於多個進程之間通訊的考慮,而預留的的一塊內存區。在/proc/sys/kernel/目錄下,記錄著共享內存的一些限制,如一個共享內存區的最大字節數shmmax,系統范圍內最大共享內存區標識符數shmmni等,可以手工對其調整,但不推薦這樣做。

一、應用

共享內存的使用,主要有以下幾個API:ftok()、shmget()、shmat()、shmdt()及shmctl()。

1)用ftok()函數獲得一個ID號.

應用說明:
在IPC中,我們經常用用key_t的值來創建或者打開信號量,共享內存和消息隊列。

函數原型:
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

Keys:
1)pathname一定要在系統中存在並且進程能夠訪問的
3)proj_id是一個1-255之間的一個整數值,典型的值是一個ASCII值。
當成功執行的時候,一個key_t值將會被返回,否則-1被返回。我們可以使用strerror(errno)來確定具體的錯誤信息。

考慮到應用系統可能在不同的主機上應用,可以直接定義一個key,而不用ftok獲得:
#define IPCKEY 0x344378

2)shmget()用來開辟/指向一塊共享內存的函數

應用說明:
shmget()用來獲得共享內存區域的ID,如果不存在指定的共享區域就創建相應的區域。

函數原型:
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

key_t key 是這塊共享內存的標識符。如果是父子關系的進程間通信的話,這個標識符用IPC_PRIVATE來代替。如果兩個進程沒有任何關系,所以就用ftok()算出來一個標識符(或者自己定義一個)使用了。

int size 是這塊內存的大小.
int flag 是這塊內存的模式(mode)以及權限標識。
模式可取如下值:       
IPC_CREAT 新建(如果已創建則返回目前共享內存的id)
IPC_EXCL   與IPC_CREAT結合使用,如果已創建則則返回錯誤
然後將“模式” 和“權限標識”進行“或”運算,做為第三個參數。
如:    IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0640  
例子中的0666為權限標識,4/2/1 分別表示讀/寫/執行3種權限,第一個0是UID,第一個6(4+2)表示擁有者的權限,第二個4表示同組權限,第3個0表示他人的權限。
這個函數成功時返回共享內存的ID,失敗時返回-1。

關於這個函數,要多說兩句。
創建共享內存時,shmflg參數至少需要 IPC_CREAT | 權限標識,www.linuxidc.com 如果只有IPC_CREAT 則申請的地址都是k=0xffffffff,不能使用;
獲取已創建的共享內存時,shmflg不要用IPC_CREAT(只能用創建共享內存時的權限標識,如0640),否則在某些情況下,比如用ipcrm刪除共享內存後,用該函數並用IPC_CREAT參數獲取一次共享內存(當然,獲取失敗),則即使再次創建共享內存也不能成功,此時必須更改key來重建共享內存。

3) shmat()將這個內存區映射到本進程的虛擬地址空間。

函數原型:
void    *shmat( int shmid , char *shmaddr , int shmflag );

shmat()是用來允許本進程訪問一塊共享內存的函數。
int shmid是那塊共享內存的ID。
char *shmaddr是共享內存的起始地址,如果shmaddr為0,內核會把共享內存映像到調用進程的地址空間中選定位置;如果shmaddr不為0,內核會把共享內存映像到shmaddr指定的位置。所以一般把shmaddr設為0。
int shmflag是本進程對該內存的操作模式。如果是SHM_RDONLY的話,就是只讀模式。其它的是讀寫模式
成功時,這個函數返回共享內存的起始地址。失敗時返回-1。

4) shmdt()函數刪除本進程對這塊內存的使用,shmdt()與shmat()相反,是用來禁止本進程訪問一塊共享內存的函數。

函數原型:
int shmdt( char *shmaddr );
參數char *shmaddr是那塊共享內存的起始地址。
成功時返回0。失敗時返回-1。

5) shmctl() 控制對這塊共享內存的使用

函數原型:
int     shmctl( int shmid , int cmd , struct shmid_ds *buf );
int shmid是共享內存的ID。
int cmd是控制命令,可取值如下:
        IPC_STAT        得到共享內存的狀態
        IPC_SET         改變共享內存的狀態
        IPC_RMID        刪除共享內存
struct shmid_ds *buf是一個結構體指針。IPC_STAT的時候,取得的狀態放在這個結構體中。如果要改變共享內存的狀態,用這個結構體指定。
返回值:        成功:0
                失敗:-1

示例程序:

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define IPCKEY 0x366378

typedef struct{
char agen[10];
unsigned char file_no;
} st_setting;

int main(int argc, char** argv)
{
    int shm_id;
    key_t key;
    st_setting *p_setting;
   
    //首先檢查共享內存是否存在,存在則先刪除
    shm_id = shmget(IPCKEY ,1028,0640);    
    if(shm_id != -1)
    {
        p_setting = (st_setting*)shmat(shm_id,NULL,0);
      if ( p_setting != (void *)-1)
      {
      shmdt(p_setting);
          shmctl(shm_id,IPC_RMID,0) ;
      }
    }
       
    shm_id=shmget(IPCKEY,1028,0640|IPC_CREAT|IPC_EXCL);
    if(shm_id==-1)
    {
        printf("shmget error\n");
        return -1;
    }
    //將這塊共享內存區附加到自己的內存段
    p_setting=(st_setting*)shmat(shm_id,NULL,0);
   
    strncpy(p_setting->agen,"jinyh",10);
    printf( "agen:%s\n",p_setting->agen );
   
    p_setting->file_no = 1;
    printf( "file_no:%d\n",p_setting->file_no );
   
    system("ipcs -m");//此時可看到有進程關聯到共享內存的信息,nattch為1
   
    //將這塊共享內存區從自己的內存段刪除出去
    if(shmdt(p_setting) == -1)
       perror(" detach error ");
   
    system("ipcs -m");//此時可看到有進程關聯到共享內存的信息,nattch為0
   
    //刪除共享內存
    if (shmctl( shm_id , IPC_RMID , NULL ) == -1)
      perror(" delete error ");
     
     //exit(0);
     
}

注意:在使用共享內存,結束程序退出後。如果你沒在程序中用shmctl()刪除共享內存的話,一定要在命令行下用ipcrm命令刪除這塊共享內存。你要是不管的話,它就一直在那兒放著了。
簡單解釋一下ipcs命令和ipcrm命令。

取得ipc信息:
ipcs [-m|-q|-s]
-m      輸出有關共享內存(shared memory)的信息
-q      輸出有關信息隊列(message queue)的信息
-s      輸出有關“遮斷器”(semaphore)的信息
%ipcs -m

刪除ipc
ipcrm -m|-q|-s shm_id
%ipcrm -m 105

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