Linux 共享内存(shared memory)

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Linux 共享内存 API 的基本用法。

struct shmid_ds

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struct shmid_ds {
    struct ipc_perm shm_perm;    /* Ownership and permissions */
    size_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 */
    /* ... */
};

shmget()函数

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#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

函数shmget()返回与key相联系的共享内存标识符，或者在key为IPC_PRIVATE或与
key相关联的共享内存不存在且shmflg中指定了IPC_CREAT时创建新的共享内存。新创
建的共享内存的内容会被初始化为 0. size会被扩展为PAGE_SIZE的整数倍。

在我使用这个函数的时候，因为在使用函数ftok()生成 key 时使用的文件路径所指向的
文件权限问题，出现了permission denied的情况，需要注意一下。

shmctl()函数

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#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

函数shmctl()根据参数cmd对共享内存进行控制或获取信息。

shmat()和shmdt()函数

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#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>

void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

int shmdt(const void *shmaddr);

函数shmat()把由shmid标识的共享内存映射(attach)到地址shmaddr，shmaddr可以
为NULL，此时系统会自己选取一个合适的地址进行映射，如果自己指定地址，则需要地址
与页对齐，或者在参数shmflg中指定SHM_RND，此时系统会自动对地址进行舍入。
shmflg用来指定映射方式，除了SHM_RND之外还有SHM_EXEC SHM_RDONLY等选项。

函数shmdt则是将已经映射的内存取消映射(detach)。参数shmaddr应该与函数
shmat()的返回值相同。程序退出时，共享内存也会自动取消映射（但不会自动消失）。
以下是一个示例程序：

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

#define SHMSIZE 4096

int main(int argc, char *argv[])
{
    int    i;
    int    shmid;
    key_t  key;
    char  *addr;
    void  *attach_addr;
    struct shmid_ds shmds;

    key = ftok("/home/qi/test/cc/a.cc", 1);
    shmid = shmget(key, SHMSIZE, IPC_CREAT | 0666);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget error");
        exit(1);
    }

    if (shmctl(shmid, IPC_STAT, &shmds) == -1) {
        perror("shmctl error");
        exit(2);
    }

    printf("values in shmid_ds key(%#010x):\n", key);
    printf("\tshmid_ds.shm_segsz : [%zu]\n", shmds.shm_segsz);
    printf("\tshmid_ds.shm_atime : [%ld]\n", shmds.shm_atime);
    printf("\tshmid_ds.shm_dtime : [%ld]\n", shmds.shm_dtime);
    printf("\tshmid_ds.shm_ctime : [%lu]\n", shmds.shm_ctime);
    printf("\tshmid_ds.shm_cpid  : [%d]\n",  shmds.shm_cpid);
    printf("\tshmid_ds.shm_lpid  : [%d]\n",  shmds.shm_lpid);
    printf("\tshmid_ds.shm_nattch: [%lu]\n", shmds.shm_nattch);

    attach_addr = shmat(shmid, NULL, SHM_RDONLY);
    if (attach_addr == (void *)-1) {
        perror("shmat error");
        exit(3);
    }
    addr = (char *)attach_addr;
    for (i=0; i < SHMSIZE; i++)
        if (addr[i] != 0)
            break;
    if (i != SHMSIZE)
        printf("shared memory has non-zero value!\n");
    else
        printf("shared memory is all zero\n");

    i = shmdt(attach_addr);     /* don't want define another variable */
    if (i == -1) {
        perror("shmdt error");
        exit(4);
    } else {
        printf("shmdt succeeds\n");
    }

    i = shmctl(shmid, IPC_RMID, 0);
    if (i == -1) {
        perror("shmctl error");
        exit(4);
    } else {
        printf("shared memory delete successfully\n");
    }

    return 0;
}

注意

创建的共享内存不会自动消失，需要在程序中使用函数shmctl()将其删除（示例程序中已
使用此方法进行删除），或使用命令ipcrm -m <shmid>进行清理。

References

shmget()–Get ID of Shared Memory Segment with Key - IBM Knowledge Center

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