第48章 System V 共享内存

概述

共享内存不由内核控制，意味着需要某种同步机制使得进程不会同时访问共享内存，它允许两个或多个进程共享一个给定的存储区，因为数据不需要在客户进程和服务器进程之间复制，这是最快的一种IPC

数据结构

  1. struct shmid_ds 
  2. {
  3.     struct ipc_perm        shm_perm;     /* 操作许可 */
  4.     int                    shm_segsz;    /* 共享内存大小，字节为单位 */
  5.     __kernel_time_t        shm_atime;    /* 创建时初始化为0，调用shmat后设置为当前时间 */
  6.     __kernel_time_t        shm_dtime;    /* 创建时初始化为0，调用shmdt后设置为当前时间 */
  7.     __kernel_time_t        shm_ctime;    /* 创建或每次IPC_SET后设置为当前时间 */
  8.     __kernel_ipc_pid_t    shm_cpid;      /* 创建共享内存的PID */
  9.     __kernel_ipc_pid_t    shm_lpid;      /* 创建时初始化为0，调用shaat或shadt后设置为调用进程的PID */
  10.     unsigned short        shm_nattch;    /* 当前使用该共享内存的进程数量，调用shmat递加，调用shmdt递减 */
  11.     unsigned short        shm_unused;    /* compatibility */
  12.     void             *shm_unused2;    /* ditto - used by DIPC */
  13.     void             *shm_unused3;    /* unused */
  14. };

创建或打开一个共享内存

  1. #include <sys/shm.h>
  3. int shmget(key_t key, size_t size, int flag);
  4. // 若成功，返回共享存储ID，若出错，返回-1
  5. // size是共享存储段的长度，如果创建，必须指定size，且其内容初始化为0，如果引用，则将size指定为0
  7. flag的取值：
  8. IPC_CREAT：若key相关的信号量集不存在，则创建
  9. IPC_EXCL：若key相关的信号量存在且指定了IPC_CREAT，返回EEXIST错误
  10. SHM_HUGETLB：特权（CAP_IPC_LOCK）进程使用此标记创建一个使用huge page的共享内存，可降低硬件内存管理单元的超前转换缓冲器
  11. SHM_NORESERVE：与MAP_NORESERVE在mmap中所起的作用一样

控制操作

  1. int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
  2. // 若成功，返回0，若出错，返回-1
  4. cmd的含义如下：
  5. IPC_STAT：读取共享内存区的shmid_ds机构，并将其存储到buf指向的地址
  6. IPC_RMID：从系统中删除由shmid指向的共享内存区，以及数据结构shmid_ds，如果当前无进程附加该段，执行删除操作，否则等所有进程已经与该段分离（即shm_nattch字段为0）之后再删除
  7. IPC_SET：设置共享内存的shmid_ds结构
  9. Linux和Solaris还提供了另外两个命令
  10. SHM_LOCK：对共享存储加锁，锁进内存RAM
  11. SHM_UNLOCK：对共享存储解锁，允许它被交换出去

使用共享内存

  1. void *shmat(int shmid, const void *addr, int flag);
  2. // 若成功，返回指向共享存储段的指针，若出错，返回-1
  4. addr==0：内核选择的第一个可用地址上，推荐的方式
  5. addr非0且没有指定SHM_RND：连接到addr指定的地址(SHM_RND的意思是取整)
  6. addr非0且指定了SHM_RND：连接到addr mod SHMLBA(shared memory low boundary)所表示的地址
  8. flag指定为
  9. SHM_RDONLY：表示只读，试图更新导致SIGSEGV信号，否则以读写方式连接
  10. SHM_REMAP：指定之后addr必须是非0

分离共享内存

  1. int shmdt(const void *addr);
  2. // 若成功，返回0，若出错，返回-1
  3. // addr是shmat的返回值
  5. 分离与shmctl的IPC_RMID删除不同

共享内存的限制

  • SHMMNI：系统级，所能创建的共享内存标识符数量（shmget，ENOSPC）
  • SHMMIN：共享内存段的最小大小，被定义为1（shaget，EINVAL）
  • SHMMAX：共享内存段的最大大小，依赖于可用RAM和交换空间（shmget，EINVAL）
  • SHMALL：系统级，限制了共享内存内的分页总数，依赖于可用RAM和交换空间（shmget，ENOSPC）
  • SHMSEG：系统级，限制了所能附加的共享内存段数量

Linux特有的/proc/sys/kernel/shmmni等可查看
Linux特有的shmctl IPC_INFO操作能够获取一个类型为shminfo的结构，其中包含了各种限制值