本文主要是介绍Linux入门——09 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!
1.共享内存原理
OS内的每个进程都会有自己的内核结构(task_struct)和虚拟地址空间,通过页表与物理内存进程映射。
如果让两个不同的进程共享内存,首先就是在内存中申请一块空间(共享内存),
然后将建立好的内存映射到进程的虚拟地址空间上(进程和共享内存挂接)。
两个内存都映射统一块物理地址空间,就是看到了统一块资源,就建立了通讯。
如果未来不想通讯了,就取消进程与内存的映射关系(去关联),释放内存。
理解:
- 进程间通讯,是专门设计的,用来IPC
- 共享内存是一种通讯方式,所有想通讯的进程,都可以用
- OS一定会存在很多共享内存
概念:通过让不同内存,看到同一内存块的方式:共享内存
共享内存是最快的IPC形式
2.实现共享内存
2.1shmget获得共享内存函数
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
参数:
key:保证看到的是同一份内存,内进行唯一性标识。(就像身份证号是什么不重要,它能保证你的唯一性)
key可以通过ftok获取。只要保证路径和id进行计算得到同一个数字key,就能保证看到同一个共享内存
size:共享内存大小,共享内存大小,一般为4kb(4096字节)的整数倍 (系统分配是按内存块分配的,内存块的基本单元为4kb)//如果是4097内核会给你向上取整,给你8kb。但是当用ipcs查看,确实是4097,!!!要知道给你的和能用的是两码事。
shmflg:IPC_CREAT IPC_EXCL(本质是标志位)
IPC_CREAT:如果创建的共享内存不存在,创建,如果存在,获取之。默认0也是如果创建的共享内存不存在,创建,如果存在,获取之。
IPC_EXCL:无法单独使用,IPC_EXCL | IPC_CREAT:如果不存在创建,如果存在,报错返回。 -------》如果创建成功,一定是一个新的共享内存
返回值:
成功,返回一个共享内存的标识符,错误返回-1
int getShmHelper(key_t k,int flag)
{
int shmid = shmget(k,MAX_SIZE,flag);
if(shmid < 0)
{
std::cerr
exit(2);
}
return shmid;
}
//创建共享内存
int createShm(key_t k)
{
return getShmHelper(k , IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0600); //注意这里创建的权限,如果不加0600,后面挂接的时候就没有读和写的权限
}
如果不加权限0600,创建出来的共享内存的权限就为0,下图正perms就为0
2.2 ftok函数(转化,将一个路径和项目标识符转化为一个System V 的IPC的key)
参数:key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
pathname:路径
proj_id:项目id,自己随便写的标识符就行
主要功能就是将路径和id进行计算得到一个数字key
返回值:成功返回key,失败返回-1,
2.2.1理解key的意义
- OS一定会存在很多个共享内存
- 申请一个空间,TODO
- key是什么不重要,能进行唯一性标识重要
malloc一个多大的空间,而free只用一个申请的起始地址 -------》我怎么知道要释放多少个,因为每次申请的时候,都会多给你一些空间,用来维护这个空间,所以只用起始地址就可以了‘;
共享内存同样也是,它也要管理。先描述再组织-------》共享内存=物理内存块+共享内存的相关属性
创建共享内存的时候,如何保证共享内存在系统中的唯一的?--------key!就相当与门牌号
key在那?在共享内存的相关属性里
在内核中struct shm
{
key_t key;
}
在我们调用ftok创建共享内存块的时候,就会传进去一个key,把本质是将key传入创间好的共享内存的属性key中。
当另一个进程要通讯的时候会根据key,遍历所能通讯的共享内存块。
总结:key是要通过shmget,设置进共享内存属性中的!用来标识共享内存在内核中的唯一性
2.2.1shmid
shmid vs key有点像fd vs inode
inode是每个文件的唯一编号,fd描述符可以通过整数,快速让上层找到对应的文件
shmid就是用特定的key标识特定的共享内存,通过整数让上层快速访问共享内存
为什么怎么麻烦呢?用一个不就行了,这样不便于解耦,就像在公司 你要有员工号,你这个员工号没了,并不影响你在国家的身份证号 ,互不干扰。
3.代码实现共享内存
3.1comm.hpp
#ifndef _COMM_HPP_
#define _COMM_HPP_#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <cstring>
#include <cerrno>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>#define PATHNAME "/home/lin/Desktop/Linux_learn/sharem"
#define PROJ_ID 0x66
#define MAX_SIZE 4096 //字节,一共4kb//获得shmget所需要的key
key_t getKey()
{key_t key = ftok(PATHNAME,PROJ_ID);if(key < 0){// cin,cout,cerr--->stdin,stdout,stderr---> 0,1,2std::cerr<< errno <<":"<< strerror(errno) << std::endl;exit(1);}return key;
}int getShmHelper(key_t k,int flag)
{int shmid = shmget(k,MAX_SIZE,flag);if(shmid < 0){std::cerr << errno <<":"<< std::strerror(errno) << std::endl;exit(2);}return shmid;
}//创建共享内存
int createShm(key_t k)
{return getShmHelper(k , IPC_CREAT | IPC_EXCL);
}//获得共享内存
int getShm(key_t k)
{return getShmHelper(k , IPC_CREAT /*0*/);
}//删除共享内存
int delShm(int shmid)
{if(shmctl(shmid,IPC_RMID,nullptr)==-1){std::cerr <<errno <<":" << std::strerror(errno) <<std::endl;return -1;}else{return 0;}
}#endif
3.3.2shm_server.cc
#include "comm.hpp"int main()
{key_t key = getKey(); printf("0x%x\n",key); int shmid = createShm(key);printf("%d\n",shmid); sleep(5);delShm(shmid);return 0;
}
3.3.3shm_client.cc
#include "comm.hpp"int main()
{key_t key = getKey(); printf("0x%x\n",key); int shmid = getShm(key);printf("%d\n",shmid); return 0;
}
当我们第一次执行./sshm_server的时候是成功的,当第二次执行会报错
可以看出来,进程结束的时候,申请的共享内存资源依然没有释放。-----》共享内存的声明周期是随操作系统的,不是随进程的。
这是system V的共性(消息队列,信号量数组)
4.查看共享内存&删除共享内存指令
ipcs命令 //查看共享内存
ipcs -m // -m代表共享内存
ipcs -q //-q代表消息队列
ipcs -s //-s代表信号数组
ipcs(system V的消息队列,共享内存,信号数组)
ipcrm -m shmid //删除共享内存
ipcrm -q shmid //删除消息队列
ipcrm -s shmid //删除信号数组
5.shmctl共享内存删除函数
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
参数:
shmid:共享内存id
cmd:控制命令:
IPC_STAT:从内核中将共享内存的属性获取下来
IPC_SET:将设置好的共享内存属性设置到内核中
IPC_RMID:立即移除共享内存
struct shmid_ds *buf:获取共性内存的属性到结构体中打印下来,
不同的结构体或区不同的属性,一般设为nullptr
IPC_INFO
SHM_INFO
SHM_STAT
SHM_LOCK
SHM_UNLOCK
返回值:
当执行删除的时候,成功返回0,失败返回-1;
6.共享内存的关联
6.1shmat共享内存关联函数
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
参数:
int shmid:表示跟那个共享内存关联起来
const void *shmaddr:将这块共享内存映射到那块共享空间当中(百分百不使用,不知道映射到哪,一般为nullptr)
int shmflg:跟读写权限有关,默认为0,就可以
返回值:void *shmat:返回的是映射好的地址空间,将在虚拟地址空间的起始地址给返回,等价于malloc
成功返回起始地址
错误返回-1
举例
//给共享内存产生相关联void *attchShm(int shmid)
{void * mem =shmat(shmid,nullptr,0);if((int)mem == -1){std::cerr <<errno <<":" << std::strerror(errno) <<std::endl;exit(3);}return mem;}
6.2shmdt在使用完共享内存的时候去关联,不要粗暴的直接删除
去掉映射关系,删除页表与地址空间和物理内存的关联
int shmdt(const void *shmaddr); //detach
参数:
const void *shmaddr:将这块共享内存映射到那块共享空间当中的关系去掉 ,是shmat的返回值
返回值:
成功返回0
错误返回-1
7.生命周期随内核
7.1优点
- 所有通讯方式中最快的!因为共享内存是双方在内存中共享数据,数据只要在内存就被双方看到,大大减少拷贝次数。
7.2缺点
-
不给我们进行同步和互斥的,没有对数据进行任何保护!管道有(有了再读,写满停止)
8.创建共享内存并使用
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main(int argc, char const *argv[])
{// 1.得到keykey_t key;key = ftok("./keytest",100);if(key < 0 ){printf("ftok error\n");return -1;}printf("key = %d\n",key);// 2.创建共享内存int shmid;shmid = shmget(key,512,0666);if(shmid < 0 ){printf("shmget error\n");return -1;}printf("shmid = %d\n",shmid);// 3.映射共享内存char *buffer;buffer = shmat(shmid,NULL,0);if(buffer < 0){perror(buffer);return -1;}// 4.读printf("读:%s\n",buffer);return 0;
}
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