进程间通信:共享内存(Shared memory)篇

2017-05-26 10:01 阅读 1,170 次 评论 1 条

共享内存是SystemV版本的最后一个进程间通信,它可以说是最有用的通信方式,也是最快的IPC形式。本篇文章结束后,我将对SystemV版本的IPC有一个总的概括。下面我们就Shared memory的IPC作以阐述与分析。

共享内存通信原理

Linux中,每个进程都有属于自己的进程控制块(PCB)地址空间(Addr Space),并且都有一个与之对应的页表,负责将进程的虚拟地址与物理地址进行映射,通过内存管理单元(MMU)进行管理。两个不同的虚拟地址通过页表映射到物理空间的同一块区域,它们所指向的这块区域即共享内存

如果你对上述的描述一知半解,那么我就共享内存的通信原理作以图示:

对于上图我的理解是:当两个Process通过页表将虚拟地址映射到物理地址时,在物理地址中有一块共同的内存区,即共享内存,这块内存可以被两个Precess同时看到。这样当一个进程进行写操作,另一个进程读操作就可以实现进程间通信。但是,我们要确保一个进程在写的时候不能被读,因此我们使用信号量来实现同步与互斥

对于一个共享内存,实现采用的是引用计数的原理,当进程脱离共享存储区后,计数器会减一,挂架成功时,计数器会加一,只有当计数器变为零时,才能被删除。当进程终止的时候,它所附加的共享存储区都会自动脱离。

为什么共享内存速度最快?

借助上图说明:Proc A进程给内存中写数据,Proc B进程从内存中读数据,在此期间一共发生了两次复制① Proc A到共享内存 ② 共享内存到Proc B。这样至少少了两次拷贝,因此共享内存的速度最高也就毋容置疑了。

共享内存的接口函数及指令

1、查看系统中的共享存储段

2、删除系统中的共享存储段

3、 shmget():创建共享内存

参数key:由ftok生成的key标识,标识系统的唯一IPC资源。

参数size:需要申请共享内存的大小。在操作系统中,申请内存的最小单位为页,一页是4k字节,为了避免内存碎片,我们一般申请的内存大小为页的整数倍。

参数shmflg:如果要创建新的共享内存,需要使用IPC_CREAT,IPC_EXCL,如果是已经存在的,可以使用IPC_CREAT或直接传0。

返回值:成功时返回一个新建或已经存在的的共享内存标识符,取决于shmflg的参数。失败返回-1并设置错误码。

4、shmat():挂接共享内存

参数shmid:共享存储段的标识符。

参数*shmaddr:shmaddr = 0,则存储段连接到由内核选择的第一个可以地址上(推荐使用)。

参数shmflg:若指定了SHM_RDONLY位,则以只读方式连接此段,否则以读写方式连接此段。

返回值:成功返回共享存储段的指针(虚拟地址),并且内核将使其与该共享存储段相关的shmid_ds结构中的shm_nattch计数器加1(类似于引用计数);出错返回-1。

5、shmdt():去关联共享内存

当一个进程不需要共享内存的时候,就需要去关联。该函数并不删除所指定的共享内存区,而是将之前用的shmat函数连接好的共享内存区脱离目前的进程。

参数*shmaddr:连接以后返回的地址。

返回值:成功返回0,并将shmid_ds结构体中的 shm_nattch计数器减1;出错返回-1。

6、shmctl():销毁共享内存

参数shmid:共享存储段标识符。

参数cmd:指定的执行操作,设置为IPC_RMID时表示可以删除共享内存。

参数*buf:设置为NULL即可。

返回值:成功返回0,失败返回-1。

模拟共享内存

我们用server来创建共享存储段,用client获取共享存储段的标识符,二者关联起来之后server将数据写入共享存储段,client从共享区读取数据。通信结束之后server与client断开与共享区的关联,并由server释放共享存储段。

实时监测的shell:

Makefile

comm.h

comm.c

server.c

client.c

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