POSIX共享内存

3.3 POSIX共享内存

在Linux中，POSIX共享内存对象驻留在tmpfs伪文件系统中。系统默认挂载在/dev/shm目录下。当调用shm_open函数创建或打开POSIX共享内存对象时，系统会将创建/打开的共享内存文件放到/dev/shm目录下。

创建共享内存的基本步骤是：

程序执行shm_open函数创建了共享内存区域,此时会在/dev/shm/创建共享内存文件.

#include <sys/mman.h>
int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);
/*
创建或打开一个共享内存,成功返回一个整数的文件描述符，错误返回-1。
1.name:共享内存区的名字；
2.oflag标志位: open的标志一样，一般填写O_CREAT|O_TRUNC|O_RDWR。
3.mode权限位:  open的mode一样
*/

通过ftruncate函数改变shm_open创建共享内存的大小为页大小sysconf(_SC_PAGE_SIZE)整数倍,如果不执ftruncate函数的话，会报Bus error的错误。

#include <unistd.h>
int ftruncate(int fd, off_t length);

/*函数说明：ftruncate()会将参数fd指定的文件大小改为参数length指定的大小。参数fd为已打开的文件描述词，而且必须是以写入模式打开的文件。如果原来的文件大小比参数length大，则超过的部分会被删去。
返 回  值：0、-1
错误原因：errno
          EBADF     参数fd文件描述词为无效的或该文件已关闭
          EINVAL    参数fd为一socket并非文件，或是该文件并非以写入模式打开
 */

通过mmap函数将创建的共享内存文件映射到内存。

#include <sys/mman.h>
void* mmap(void* start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset);

/*函数说明：mmap()必须以PAGE_SIZE为单位进行映射。
  start：    映射区的开始地址，设置为0时表示由系统决定映射区的起始地址。
  length：   映射区的长度，长度单位是以字节为单位，不足一内存页按一内存页处理
  prot：     期望的内存保护标志，不能与文件的打开模式冲突。是以下的某个值，可以通过或运算合理地组合在一起
            PROT_EXEC  页内容可以被执行
            PROT_READ  页内容可以被读取
            PROT_WRITE 页可以被写入
            PROT_NONE  页不可访问
  flags:    指定映射对象的类型，映射选项和映射页是否可以共享。它的值可以是一个或者多个以下位的组合体
            MAP_SHARED 与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入，相当于输出到文件。            直到msync()或者munmap()被调用，文件实际上不会被更新。
            MAP_PRIVATE 建立一个写入时拷贝的私有映射。内存区域的写入不会影响到原文件。这个标志和以           上标志是互斥的，只能使用其中一个。
            MAP_LOCKED 锁定映射区的页面，从而防止页面被交换出内存。
  fd：      有效的文件描述符。
  offset:   被映射对象内容的起点。
  
  成功返回共享内存地址，失败返回MAP_FAILED
*/

通过munmap卸载共享内存

int munmap(void* start,size_t length);
/*
* start:共享内存地址
* length:共享内存大小
*/

通过shm_unlink删除内存共享文件

int shm_unlink(const char *name);
/*
*name:内存共享文件
*/

我们用下面的源程序对POSIX共享内存进行测试,如下shmen_write.c:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/file.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/wait.h>
void error_print(char *msg)
{
        perror(msg);
        exit(-1);
}

int main (int argc, char *argv[])
{
        int ret, i;
        const char *memname = "/mymem";
        size_t mem_size = sysconf(_SC_PAGE_SIZE);
        int fd = shm_open(memname, O_CREAT|O_TRUNC|O_RDWR, 0666);
        if (fd == -1)
            error_print("shm_open");
        ret = ftruncate(fd, mem_size);
        if (ret != 0)
             error_print("ftruncate");
  
        void *ptr = mmap(0, mem_size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
        if (ptr == MAP_FAILED)
             error_print("MMAP");
        close(fd);
        for(i = 0; i < 20; i++)
        {
            sprintf((char*)ptr, "data %d", i);
            printf("write data %s\n", (char*)ptr);
        }
        ret = munmap(ptr, mem_size);
        if (ret != 0)
             error_print("munmap");
        ret = shm_unlink(memname);
        if (ret != 0)
             error_print("shm_unlink");
        return 0;
}

编译程序shmen_write.c

gcc shmen_write.c -o shmen_write -lrt

shmen_read.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/file.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/wait.h>
void error_print(char *msg)
{
        perror(msg);
        exit(-1);
}

int main (int argc, char *argv[])
{
        int ret, i;
        const char *memname = "/mymem"; //共享内存文件以/开头，可以更好兼容不同系统
        struct stat statbuf;
        size_t mem_size = 2 * sysconf(_SC_PAGE_SIZE);
        int fd = shm_open(memname, O_CREAT|O_TRUNC|O_RDWR, 0666);
        if (fd == -1)
            error_print("shm_open");
        ret = ftruncate(fd, mem_size);
        if (ret != 0)
             error_print("ftruncate");

        void *ptr = mmap(0, mem_size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
        if (ptr == MAP_FAILED)
             error_print("MMAP");
        close(fd);

        for(i = 0; i < 20; i++)
        {
            printf("read data %s\n", (char*)ptr);
            sleep(1);
        }
        ret = munmap(ptr, mem_size);
        if (ret != 0)
             error_print("munmap");
        ret = shm_unlink(memname);
        if (ret != 0)
             error_print("shm_unlink");
        return 0;
}

编译程序shmen_read.c

gcc shmen_read.c -o shmen_read -lrt

先运行shmem_write，再运行shmem_read.

3.3 POSIX共享内存

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