[用户态内存] 共享内存2---Posix共享内存

2024-05-25 09:48
文章标签 内存 用户 posix 共享内存

本文主要是介绍[用户态内存] 共享内存2---Posix共享内存，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

  • 1.Posix 共享内存概念
  • 2.Posix 共享内存关键函数
    • 2.1 shm_open()函数
    • 2.2 mmap函数
  • 3.Posix实例
    • 3.1 父子进程间Posix共享内存通信
    • 3.2 非血缘关系进程间Posix共享内存通信

1.Posix 共享内存概念

Posix 表示可移植操作系统接口（Portable Operating System Interface ，缩写为 POSIX ），POSIX标准定义了操作系统应该为应用程序提供的接口标准，是IEEE为要在各种UNIX操作系统上运行的软件而定义的一系列API标准的总称，其正式称呼为IEEE 1003，而国际标准名称为ISO/IEC 9945。

Posix提供了两种在无亲缘关系进程间共享内存区的方法，内存映射文件和共享内存区对象，这两种共享内存的区别在于共享的数据的载体(底层支撑对象)不一样：

  1. 内存映射文件(memory-mapped file)，由open函数打开，由mmap函数把所得到的描述符映射到当前进程空间地址中的一个文件。
  2. 共享内存区对象(shared-memory object)，由shm_open函数打开一个Posix IPC名字，所返回的描述符由mmap函数映射到当前进程的地址空间

ps:经常说的Posix共享内存，一般是指共享内存区对象，也就是共享物理内存

2.Posix 共享内存关键函数

Posix共享内存区对象主要涉及下面两个步骤:

  1. 指定一个名字参数调用shm_open，以创建一个新的共享内存区对象或打开一个已存在的共享内存区对象。
  2. 调用mmap把这个共享内存区映射到调用进程的地址空间

shm_open利用tmpfs技术将一段物理内存区域模拟成磁盘文件。

2.1 shm_open()函数

shm_open最主要的操作也是默认的操作就是在/dev/shm/下面打开或创建一个共享内存区。

SHM_OPEN(3)                Linux Programmer's Manual               SHM_OPEN(3)
NAMEshm_open,  shm_unlink  -  create/open  or  unlink  POSIX  shared memoryobjects
SYNOPSIS#include <sys/mman.h>#include <sys/stat.h>        /* For mode constants */#include <fcntl.h>           /* For O_* constants */int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);Link with -lrt.**参数**：1. name:共享内存区的名字2. oflag:标志位，参数必须含有O_RDONLY和O_RDWR标志，还可以指定如下标志：O_CREAT,O_EXCL或O_TRUNC.3. mode:权限位，它指定O_CREAT标志的前提下使用**返回值:**shm_open的返回值是一个整数描述字，它随后用作mmap的第五个参数。

相关函数:

  1. int shm_unlink(const char *name);//删除共享内存
  2. int ftruncate(int fd, off_t length);//重置共享内存文件大小

2.2 mmap函数

mmap函数把一个文件或者一个Posix共享内存区对象映射至调用进程的地址空间

MMAP(2)                    Linux Programmer's Manual                   MMAP(2)  NAME  mmap, munmap - map or unmap files or devices into memory  SYNOPSIS  #include <sys/mman.h>  void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,  int fd, off_t offset);  See NOTES for information on feature test macro requirements.**参数**：1. addr:可以指定描述符fd应被映射到进程内空间的起始地址，它通常被指定为一个空指针，这样告诉内核自己去选择起始				地址，无论哪种情况下，该函数的返回值都是描述符fd所映射到内存区的其实地址。这里需要注意的是，文件需要				初始化长度，否则对内存操作时会产生SIGBUS信息（硬件错误）。2. length:映射到调用进程地址空间中字节数，它从被映射文件开头offset个字节出开始算。offset通常设置为03. prot:内存映射区的保护由port参数指定，通常设置为PROT_READ | PROT_WRITE（可读与可写）PORT_READ    -> 可读PORT_WRITE  -> 可写PORT_EXEC    -> 可执行PORT_NONE   -> 数据不可访问4.用于设置内存映射区的数据被修改时，是否改变其底层支撑对象(这里的对象是文件)，MAP_SHARED和MAP_PRIVATE必须指定一个。MAP_SHARED  -> 变动是共享的MAP_PRIVATE  -> 变动是私自的MAP_FIXED        -> 准确的解析addr参数
**返回值:**若成功则为被映射区的起始地址，若出错则为MAP_FAILED。

**相关函数:**munmap:用于释放mmap所映射的内存区域

ps：

  1. mmap成功返回后，fd参数可以关闭。该操作对由于mmap建立的映射关系没有影响。
  2. fd参数对于共享内存文件（tmpfs），用shm_open函数创建或打开文件，fd参数是对于磁盘文件则用open函数打开，通常Posix 共享内存使用的共享区域是内存区域(用tmpfs在内存中模拟文件，/dev/shm)

3.Posix实例

3.1 父子进程间Posix共享内存通信

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/file.h>
#include <sys/wait.h>#define MAXSIZE 1024*1024*24   /*共享内存的大小，建议设置成内存页的整数倍*/
#define FILENAME "myshm"int main()
{/* 创建共享对象,可以查看/dev/shm目录 */int fd = shm_open(FILENAME, O_CREAT | O_TRUNC | O_RDWR, 0777);if (fd == -1) {perror("open failed:");exit(1);}/* 调整大小 */if (ftruncate(fd, MAXSIZE) == -1) {perror("ftruncate failed:");exit(1);}/* 获取属性 */struct stat buf;if (fstat(fd, &buf) == -1) {perror("fstat failed:");exit(1);}printf("the shm object size is %ld\n", buf.st_size);void *ptr = mmap(0, MAXSIZE, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);if (ptr == MAP_FAILED)error_out("MMAP");close(fd);pid_t pid = fork();if (pid == 0){u_long *d = (u_long *)ptr;*d = 0xdeadbeef;exit(0);}else{int status;waitpid(pid, &status, 0);printf("child wrote %#lx\n", *(u_long *)ptr);}sleep(50);if (munmap(ptr, MAXSIZE) != 0)error_out("munmap");/* 如果引用计数为0，系统释放内存对象 */if (shm_unlink(FILENAME) == -1) {perror("shm_unlink failed:");exit(1);}printf("shm_unlink %s success\n", FILENAME);return 0;
}

程序解析：

  1. 执行shm_open函数创建了共享内存区域,此时会在/dev/shm/创建myshm文件
  2. 通过ftruncate函数改变shm_open创建共享内存的大小,如果不执行ftruncate函数的话,会报Bus error的错误. (其实大小指定成多少都可以，1024也行，2048也行（page size的倍数？），但是一定要用ftruncate来将文件改成指定的大小，后面mmap要用的)
  3. 通过mmap函数将创建的myshm文件映射到内存.
  4. 通过fork派生出子进程,而共享区域映射通过fork调用而被继承.
  5. 程序通过wait系统调用来保持父进程与子进程的同步.
  6. 在非父子进程也可以通过共享内存区域的方式进行通讯.

3.2 非血缘关系进程间Posix共享内存通信

写数据进程：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>#define MAXSIZE 1024*4   /*共享内存的大小，建议设置成内存页的整数倍*/
#define FILENAME "shm.test"int main()
{/* 创建共享对象,可以查看/dev/shm目录 */int fd = shm_open(FILENAME, O_CREAT | O_TRUNC | O_RDWR, 0777);if (fd == -1) {perror("open failed:");exit(1);}/* 调整大小 */if (ftruncate(fd, MAXSIZE) == -1) {perror("ftruncate failed:");exit(1);}/* 获取属性 */struct stat buf;if (fstat(fd, &buf) == -1) {perror("fstat failed:");exit(1);}printf("the shm object size is %ld\n", buf.st_size);/* 建立映射关系 */char *ptr = (char*)mmap(NULL, MAXSIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);if (ptr == MAP_FAILED) {perror("mmap failed:");exit(1);}printf("mmap %s success\n", FILENAME);close(fd); /* 关闭套接字 *//* 写入数据 */char *content = "hello readprocess！！！";strncpy(ptr, content, strlen(content));sleep(30);return 0;
}

读进程：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>#define FILENAME "shm.test"int main()
{/* 创建共享对象,可以查看/dev/shm目录 */int fd = shm_open(FILENAME, O_RDONLY, 0);if (fd == -1) {perror("open failed:");exit(1);}/* 获取属性 */struct stat buf;if (fstat(fd, &buf) == -1) {perror("fstat failed:");exit(1);}printf("the shm object size is %ld\n", buf.st_size);/* 建立映射关系 */char *ptr = (char*)mmap(NULL, buf.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);if (ptr == MAP_FAILED) {perror("mmap failed:");exit(1);}printf("mmap %s success\n", FILENAME);close(fd); /* 关闭套接字 */printf("the read msg is:%s\n", ptr);sleep(30);return 0;
}

先执行写进程，再执行读进程：读进程就会打印出"the read msg is hello readprocess！！！"

注意上面读写进程是先写后读，因此不用进行进程同步控制，若两进程同步执行需要加一个读写锁或其他方式来进行进程同步控制

这篇关于[用户态内存] 共享内存2---Posix共享内存的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1001161。

相关文章

C++对象布局及多态实现探索之内存布局（整理的很多链接）

C++对象布局及多态实现探索之内存布局（整理的很多链接）

本文通过观察对象的内存布局，跟踪函数调用的汇编代码。分析了C++对象内存的布局情况，虚函数的执行方式，以及虚继承，等等 文章链接：http://dev.yesky.com/254/2191254.shtml      论C/C++函数间动态内存的传递 (2005-07-30)   当你涉及到C/C++的核心编程的时候，你会无止境地与内存管理打交道。 文章链接：http://dev.yesky
阅读更多...
Javascript高级程序设计(第四版)--学习记录之变量、内存

Javascript高级程序设计(第四版)--学习记录之变量、内存

原始值与引用值 原始值：简单的数据即基础数据类型，按值访问。 引用值：由多个值构成的对象即复杂数据类型，按引用访问。 动态属性 对于引用值而言，可以随时添加、修改和删除其属性和方法。 let person = new Object();person.name = 'Jason';person.age = 42;console.log(person.name,person.age);//'J
阅读更多...
Android SurfaceFlinger——图形内存分配器（十一）

Android SurfaceFlinger——图形内存分配器（十一）

前面的文章中的图层合成器（HWC），这里我们接着看一下 SurfaceFlinger 中的另一个重要服务——图形内存分配器。 一、简介         android.hardware.graphics.allocator@2.0 是 Android 系统中硬件抽象层（HAL）的一个组件，专门用于图形内存的分配和管理。它是 SurfaceFlinger 在处理图形数据时所依赖的
阅读更多...
逆向学习汇编篇：内存管理与寻址方式

逆向学习汇编篇：内存管理与寻址方式

本节课在线学习视频（网盘地址，保存后即可免费观看）： ​​https://pan.quark.cn/s/3ceeb9ae6d98​​ 在汇编语言的世界中，内存管理和寻址方式是构建程序的基础。理解这些概念不仅对于编写高效的汇编代码至关重要，也是进行逆向工程分析的关键技能。本文将深入探讨内存管理的基本原则和多种寻址方式，并通过代码案例来展示它们的实际应用。 1. 内存管理 内存管理涉及如何分配
阅读更多...
Win10用户必看：最好用最稳定的版本在此，值得一试！

Win10用户必看：最好用最稳定的版本在此，值得一试！

在Win10电脑操作中，用户可以根据的需要，下载安装不同的系统版本。现在，许多用户好奇Win10哪个版本最好用最稳定？接下来小编给大家推荐最好用最稳定的Win10版本，这些系统版本经过优化升级，相信会给大家带来最棒的操作体验感，且下载安装步骤非常简单。 　　推荐一：Windows10 22H2 X64 官方正式版 　　点击下载：https://www.xitongzhijia.net/wi
阅读更多...
段，页，段页，三种内存(RAM)管理机制分析

段，页，段页，三种内存(RAM)管理机制分析

段，页，段页         是为实现虚拟内存而产生的技术。直接使用物理内存弊端：地址空间不隔离，内存使用效率低。 段 段：就是按照二进制文件的格式，在内存给进程分段（包括堆栈、数据段、代码段）。通过段寄存器中的段表来进行虚拟地址和物理地址的转换。 段实现的虚拟地址 = 段号+offset 物理地址：被分为很多个有编号的段，每个进程的虚拟地址都有段号，这样可以实现虚实地址之间的转换。其实所谓的地
阅读更多...
插入用户APC

插入用户APC

每个_Kthread都有一个成员Alerted，默认为0，表示是否可以被APC唤醒。所以下面这段程序，即使插入了APC，但是t线程仍然不会执行。 让t线程执行APC函数的方法是使t线程变成可被唤醒状态，使用函数SleepEx（时间，是否可以唤醒线程），第二个参数为true，Alerted设置为1，即可被唤醒；在插入APC时，APC函数就会执行。 #include "stdafx.h"#inc
阅读更多...
问题1，PE文件转到内存中出现解析PE不正确的问题

问题1，PE文件转到内存中出现解析PE不正确的问题

1，使用fopen(FileName, “r”) r的方式读取文件到内存，此时就可能存在问题了，r以只读方式，有时候不表示字符的有可能就不读了，那么内存中就不会是完整的原始文件。所以此时要采用rb，二进制读取的方式。 bool ReadFileToMem(char* FileName, char**buf) { FILE* f; f = fopen(FileName, “rb”); if
阅读更多...
Netty ByteBuf 释放详解：内存管理与最佳实践

Netty ByteBuf 释放详解：内存管理与最佳实践

Netty ByteBuf 释放详解：内存管理与最佳实践 在Netty中（学习netty请参考：🔗深入浅出Netty：高性能网络应用框架的原理与实践），管理ByteBuf的内存是至关重要的（学习ByteBuf请参考：🔗Netty ByteBuf 详解：高性能数据缓冲区的全面介绍）。未能正确释放ByteBuf可能会导致内存泄漏，进而影响应用的性能和稳定性。本文将详细介绍如何正确地释放ByteB
阅读更多...
java NIO 缓存区之内核空间、用户空间和虚拟地址

java NIO 缓存区之内核空间、用户空间和虚拟地址

IO是基于缓存区来做的，所谓的输入和输出就是从缓存区中移入和移出数据。以IO输入为例，首先是用户空间进程向内核请求某个磁盘空间数据，然后内核将磁盘数据读取到内核空间的buffer中，然后用户空间的进程再将内核空间buffer中的数据读取到自身的buffer中，然后进程就可以访问使用这些数据。     内核空间是指操作系统内核运行的空间，是为了保证操作系统内核的能够安全稳定地运行而为内核专
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2