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共享内存区是最快的IPC形式。共享内存的大小一般是4KB的整数倍#xff0c;因为系统分配共享内存是以4KB为单位的#xff08;Page#xff09;#xff01;4KB也是划分内存块的基本单位。
之前学的管道#xff0c;是通过文件系统来实现让不同的进程看到同一…systemV共享内存
共享内存区是最快的IPC形式。共享内存的大小一般是4KB的整数倍因为系统分配共享内存是以4KB为单位的Page4KB也是划分内存块的基本单位。
之前学的管道是通过文件系统来实现让不同的进程看到同一份资源那有没有不通过文件来实现进程间通信的呢有MMU这些
原理
PCB、进程地址空间、页表是每个进程各有一份的【这部分是进程】文件系统是一个独立的对进程来说只有一份。 操作步骤
创建共享内存为了实现进程间通信用户通过系统调用接口在物理内存申请一块内存空间[物理内存块共享内存相关属性struct_shm]进程和共享内存挂接系统将创建好的内存映射到进程的地址空间然后交给对应进程的PCB-task_struct。断开通信的操作a.去关联先取消映射关系b.释放内存释放该块物理内存。
malloc能申请物理内存的空间也能为某进程创建单一的映射关系为什么不用它呢
malloc是做不到的因为malloc出来的映射关系是单一的不同的malloc之后返回的起始地址都是不一样的无法共享。
要明确把握的概念
共享内存是一种进程间通信方式不是内存所有想通信的进程都可以采用。操作系统在同一时间可以存在很多的共享内存。共享内存是专门设计的用于IPC的故有专门的接口。
概念
让不同的进程看到同一块内存空间。
查看ipc-systemV资源的指令
查看ipc资源ipcs -m-m表示共享内存-q消息队列
[yyqVM-8-13-centos 2023_02_27_SharedMemory]$ ipcs -m------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch statussystemV版本的共享内存的生命周期是随OS的不随进程所以一定要记得及时释放资源。注意消息队列等方式的共享内存就是随进程的。
命令行删除共享内存ipcrm -m shmid
while :; do ipcs -m; sleep 1; done
函数接口
ftok()函数 得到key
#include sys/types.h
#include sys/ipc.h
原型key_t ftok(const char *pathname, char proj_id);//路径名的指针pathname自己写的8bits的非0数字proj_id
返回值成功返回一个key值失败返回-1
Today proj_id is an int, but still only 8 bits are used. Typical usage has an ASCII character proj_id, that is why the behavior is said to be undefined when proj_id is zero.key保证进程看到同一块共享内存能进行唯一性标识。key就是32位的int。
shmget()函数 得到shmid
#include sys/ipc.h
#include sys/shm.h
功能用来创建共享内存
原型int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
参数key:ftok()函数返回值是共享内存段名字保证该块共享内存的唯一性size:共享内存大小shmflg:由九个权限标志构成它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样的IPC_CREAT 如果共享内存不存在就创建存在则返回地址IPC_EXCL 无法单独使用要与IPC_CREATE一起用。如果共享内存不存在就创建如果存在就出错返回--如果创建成功就一定是一个新的共享内存
返回值成功返回一个非负整数即该共享内存段的标识码失败返回-1IPC_CREAT、IPC_EXCL本质是宏用二进制标志位的方式来表示选项。
需要创建共享内存的进程用IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0600后续要和该进程通信的进程使用IPC_CREATE【类似于父进程来创建匿名/命名管道子进程直接用】。0600表示权限可以看到perms会随之变化若perms为0挂接会失败。
**共享内存的大小一般要取页表大小4096字节的整数倍。**建议为4KB的整数倍因为系统分配共享内存是以4KB为单位的4KB也是划分内存块的基本单位。
shmat()函数 进程和共享内存挂接
at-attach
功能将共享内存段连接到进程地址空间
原型void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
参数shmid: 共享内存标识shmaddr:指定连接的地址NULL:核心自动选择一个地址!NULL且shmflg!SHM_RND:以shmaddr为链接地址!NULL且shmflgSHM_RND:连接的地址会自动向下调整为SHMLBA的整数倍。公式shmaddr-(shmaddr % SHMLBA)shmflgSHM_RDONLY:连接操作用来只读共享内存shmflg:它的两个可能取值是SHM_RND和SHM_RDONLY
返回值成功返回一个指针指向共享内存第一个节失败返回-1//假设void* ret为返回值则判断条件为(long long)ret -1L[强转为int的前提条件系统为32为系统但是linux是64位系统指针是8个字节而int是4字节编译会报错]理解key使共享内存具有唯一性以及key和shmid间的关系和区别
ftok()函数返回值是key和shmget()函数返回值是shmid。
首先共享内存物理内存块共享内存相关属性即操作系统为管理共享内存建立的一个结构体。
创建共享内存的时候如何保证共享内存在系统中的唯一性通过key来实现key类似于fd通过shmge()t函数将key设置为struct shm{ key_t k; }k上当共享内存属性的k一样时就能进入同一块内核内存空间。
区别shmid类似于fd供用户使用key类似于inode用于标定系统的共享内存是内核级的描述符即key是系统层面用的shmid是给用户用的是为了解耦fd和inode同理。
注意成功挂接后通过ipcs -m命令查看该块共享内存的属性可以看到nattch的数字会.
shmdt()函数 去关联
dt–detach
#include sys/types.h
#include sys/shm.h
功能将共享内存段与当前进程脱离
原型int shmdt(const void *shmaddr);
参数shmaddr: 由shmat所返回的指针
返回值成功返回0失败返回-1
注意将共享内存段与当前进程脱离不等于删除共享内存段shmctl()函数 删除共享内存段/查看共享内存属性
#include sys/ipc.h
#include sys/shm.h功能用于控制共享内存
原型int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
参数shmid:由shmget返回的共享内存标识码cmd:将要采取的动作有三个可取值IPC_STAT:把shmid_ds结构中的数据设置为共享内存的当前关联值IPC_ET:在进程有足够权限的前提下把共享内存的当前关联值设置为shmid_ds数据结构中给出的值IPC_RMID:删除共享内存段buf:指向一个保存着共享内存的模式状态和访问权限的数据结构//当cmd为IPC_RMID时传NULL当使用其他cmd时传一个struct shmid_ds{}数据结构的指针进去就能获得共享内存的信息所有者、权限、大小、创建时间等信息
返回值成功返回0失败返回-1注意有进程和该块共享内存挂接时即nattch!0也可以完成删除操作但是最好是先将进程去关联后再删除该块共享内存。
linux下是64位平台无法把指针强转为int类型–8自己无法转4字节可以把指针转成long long类型并且给-1加上L
------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch status
0x66010309 3 yyq 600 4096 0 ------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch status
0x66010309 3 yyq 600 4096 1 //server先挂接上------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch status
0x66010309 3 yyq 600 4096 2 //server和client都挂接上了------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch status
0x66010309 3 yyq 600 4096 1 //client先去关联------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch status
0x66010309 3 yyq 600 4096 0 //server回收资源共享内存的数据结构如下
struct shmid_ds {struct ipc_perm shm_perm; /* Ownership and permissions */ //centos用的名称是shm_permsize_t shm_segsz; /* Size of segment (bytes) */time_t shm_atime; /* Last attach time */time_t shm_dtime; /* Last detach time */time_t shm_ctime; /* Last change time */pid_t shm_cpid; /* PID of creator */pid_t shm_lpid; /* PID of last shmat(2)/shmdt(2) */shmatt_t shm_nattch; /* No. of current attaches */...};
struct ipc_perm { // struct shm_permkey_t __key; /* Key supplied to shmget(2) */uid_t uid; /* Effective UID of owner */gid_t gid; /* Effective GID of owner */uid_t cuid; /* Effective UID of creator */gid_t cgid; /* Effective GID of creator */unsigned short mode; /* Permissions SHM_DEST andSHM_LOCKED flags */unsigned short __seq; /* Sequence number */};查看共享内存属性
struct shmid_ds ds;
shmctl(shmid, IPC_STAT, ds);
printf(%d-nattach:%d-key:%d\n, ds.shm_segsz, ds.shm_nattch, ds.shm_perm._key);通信模块
用到的函数为
int snprintf(char *str, size_t size, const char *format, ...);向特定的区域做格式化输入共享内存没有输入输出接口第一种方法和以前一样定义一个缓冲区然后把缓冲区的memcpy过去即可第二种方法共享内存和进程挂接上以后shmat函数会直接给我们返回该段共享内存映射到进程地址空间的void*指针直接把它强转为char*即可使用。
//方式1
const char* msg hello server, Im client;
pid_t pid getpid();
int count 1;
char buffer[1024];
snprintf(buffer,sizeof(buffer), %s[pid:%d][消息编号:%d], msg, pid, count);
memcpy(start, buffer, strlen(buffer) 1);
//方式2--挂接成功的返回值可以强转为char*字符数组就可以直接用不用缓冲区
const char* msg hello server, Im client;
pid_t pid getpid();
int count 1;
snprintf(start, SHM_SIZE, %s[pid:%d][消息编号:%d], msg, pid, count);总结
共享内存段的优点
所有进程间通信方式中最快的一个方式有效减少拷贝次数。不用缓冲区和memcpy
共享内存段的缺点
发消息的慢5s读消息的快1s读消息会一直读上一条的等发过来了再读新的。即共享内存不会进行同步和互斥操作没有对数据进行任何保护。类比管道写端不写读端就会阻塞等待读端不读写端写到缓冲区满了就不写了。需要使用信号量来对数据进行保护。
面试题管道和共享内存
比较一下管道和共享内存场景包括键盘输入和显示器输出同样的代码如果用管道/共享内存来实现需要经过几次拷贝
管道4次2次共享内存2次2次 优化共享内存的数据保护
需要实现类似于管道的功能client写完了再通知server进行读取如果client没有写入或者没通知server就不读取。
思路同时使用匿名管道和共享内存用匿名管道进行通知共享内存传递消息。
