POSIX 共享内存和 系列函数

在前面介绍了system v 共享内存的相关知识，现在来稍微看看posix 共享内存 和系列函数。

共享内存简单来说就是一块真正的物理内存区域，可以使用一些函数将这块区域映射到进程的地址空间进行读写，而posix 共享内存与system v 共享内存不同的是它是用虚拟文件系统（tmpfs）实现的，已经挂载在/dev/shm 下面。man 7 shm_overview

下面来看系列函数，编译时候加上 -lrt 选项，即连接librt 库 （实时库）

功能：用来创建或打开一个共享内存对象
原型 int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode); 
参数
name:共享内存对象的名字，必须以/打头，并且后续不能有其它/ ，形如/somename长度不能超过NAME_MAX（255）
oflag:与open函数类似，可以是O_RDONLY、O_RDWR，还可以按位或上O_CREAT、O_EXCL、O_TRUNC等。
mode:此参数总是需要设置，如果oflag没有指定了O_CREAT，可以指定为0
返回值：成功返回非负整数文件描述符；失败返回-1

注意，不存在所谓的shm_close 函数，可以直接使用close 来关闭文件描述符。

功能：修改共享内存对象大小，shm_open不像shmget一样可以设置共享内存的大小，但可以使用ftruncate 设置大小。
原型 int ftruncate(int fd, off_t length);
参数
fd: 文件描述符
length:长度
返回值：成功返回0；失败返回-1

功能：获取共享内存对象信息
原型
int fstat(int fd, struct stat *buf);
参数
fd: 文件描述符
buf:返回共享内存状态
返回值：成功返回0；失败返回-1

struct stat 可以参考这里。

类似 shmctl(, IPC_STAT,);

功能：删除一个共享内存对象
原型 int shm_unlink(const char *name); 
参数
name: 共享内存对象的名字
返回值：成功返回0；失败返回-1

shm_unlink 类似 shmctl(, IPC_RMID, );

功能：将共享内存对象映射到进程地址空间。
原型 void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
参数
addr: 要映射的起始地址，通常指定为NULL，让内核自动选择
len:映射到进程地址空间的字节数
prot:映射区保护方式
flags:标志
fd:文件描述符
offset:从文件头开始的偏移量
返回值：成功返回映射到的内存区的起始地址；失败返回-1

在前面曾经介绍了mmap 函数 将文件映射到进程地址空间的作用，其实它还可以将共享内存对象映射到进程地址空间，类似shmat的作用，只是传入的文件描述符fd 是shm_open
返回的。同样地，解除映射可以用munmap，类似shmdt 的作用。

下面写几个程序来演示一下：

shm_open.c

 C++ Code 

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#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/types.h> #include<unistd.h> #include<errno.h> #include<fcntl.h> #include<sys/stat.h> #include<sys/mman.h> #define ERR_EXIT(m) \     do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     } while(0) int main(void) {     int  shmid;     shmid = shm_open("/xyz", O_CREAT | O_RDWR, 0666);     if (shmid == -1)         ERR_EXIT("shm_open");     if (ftruncate(shmid, 36) == -1)         ERR_EXIT("ftruncate"); struct stat buf;     if (fstat(shmid, &buf) == -1)         ERR_EXIT("fstat"); printf("size=%ld, mode=%o\n", buf.st_size, buf.st_mode & 0777);     close(shmid);     return 0; }

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ ./shm_open 
size=36, mode=664
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ ls -l /dev/shm/xyz 
-rw-rw-r-- 1 simba simba 36 Jun 16 15:01 /dev/shm/xyz

即创建了一个36字节的共享内存段，在/dev/shm 目录下。

shm_write.c

 C++ Code 

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#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/types.h> #include<unistd.h> #include<errno.h> #include<fcntl.h> #include<sys/stat.h> #include<sys/mman.h> #include<string.h> #define ERR_EXIT(m) \     do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     } while(0) typedef struct stu {     char name[32];     int age; } STU; int main(void) {     int  shmid;     shmid = shm_open("/xyz", O_RDWR, 0);     if (shmid == -1)         ERR_EXIT("shm_open"); struct stat buf;     if (fstat(shmid, &buf) == -1)         ERR_EXIT("fstat"); printf("size=%ld, mode=%o\n", buf.st_size, buf.st_mode & 0777); STU *p;     p = (STU *)mmap(NULL, buf.st_size, PROT_WRITE, MAP_SHARED, shmid, 0);     if (p == MAP_FAILED)         ERR_EXIT("mmap"); strcpy(p->name, "test");     p->age = 20; close(shmid);     return 0; }

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ ./shm_write 
size=36, mode=664
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ od -c /dev/shm/xyz 
0000000   t   e   s   t  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0
0000020  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0
0000040 024  \0  \0  \0
0000044

使用mmap 将共享内存映射到进程地址空间，将shmid 传入fd 参数，其余跟文件映射没什么区别，od -c查看可以看到写入的东西。

shm_read.c

 C++ Code 

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#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/types.h> #include<unistd.h> #include<errno.h> #include<fcntl.h> #include<sys/stat.h> #include<sys/mman.h> #include<string.h> #define ERR_EXIT(m) \     do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     } while(0) typedef struct stu {     char name[32];     int age; } STU; int main(void) {     int  shmid;     shmid = shm_open("/xyz", O_RDONLY, 0);     if (shmid == -1)         ERR_EXIT("shm_open"); struct stat buf;     if (fstat(shmid, &buf) == -1)         ERR_EXIT("fstat"); printf("size=%ld, mode=%o\n", buf.st_size, buf.st_mode & 0777); STU *p;     p = (STU *)mmap(NULL, buf.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, shmid, 0);     if (p == MAP_FAILED)         ERR_EXIT("mmap"); printf("name=%s age=%d\n", p->name, p->age);     close(shmid);     return 0; }

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/posix$ ./shm_read 
size=36, mode=664
name=test age=20

即读取到了共享内存的数据，注意，读取数据后共享内存的数据还是存在的，除非被覆盖了。

参考：《UNP》