Mémoire partagée Linux IPC System V : une approche avancée de l'échange de données à haut débit

Le système Linux est un système d'exploitation qui prend en charge l'exécution simultanée de tâches multiples. Il peut exécuter plusieurs processus en même temps, améliorant ainsi l'utilisation et l'efficacité du système. Cependant, si l'échange de données et la collaboration sont requis entre ces processus, certaines méthodes de communication inter-processus (IPC) doivent être utilisées, telles que les signaux, les files d'attente de messages, les sémaphores, etc. Parmi eux, la mémoire partagée System V est une méthode IPC relativement avancée et rapide qui permet à deux processus ou plus d'échanger des données via une zone mémoire sans avoir besoin de copier et de convertir des données. Cet article présentera la méthode de mémoire partagée System V dans les systèmes Linux, y compris la création, le mappage, la lecture, l'écriture, le démappage et la suppression de la mémoire partagée.

Modèle

#include
#include
#include
ftok()      //获取key值            
shmget()    //创建/获取共享内存 
shmat()     //挂接共享内存        
shmdt()     //脱接共享内存        
shmctl()    //删除共享内存        

ftok()

//获取key值, key值是System V IPC的标识符，成功返回key，失败返回-1设errno
//同pathname+同 proj_id==>同key_t;
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

pathname : nom du fichier
proj_id : un nombre de 1 à 255, représentant project_id

key_t key=ftok(".",100);    //“.”就是一个存在且可访问的路径, 100是假设的proj_id
    if(-1==key)
        perror("ftok"),exit(-1);

shmget()

//创建/获取共享内存，成功返回共享内存的标识符shmid，失败返回-1设errno
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);     //多设为int shmid=...  和shmat()一起用比较好看

key : La valeur de retour de ftok()
size : La taille de la mémoire partagée sera effectivement allouée en fonction de la taille de la page (PAGE_SIZE). 0 signifie obtenir la mémoire partagée allouée
shmflg : drapeau d'opération spécifique

• IPC_CREAT : S'il n'existe pas, créez-le. Vous avez besoin de "|Permission Information" dans shmflg, par exemple : |0664 ; S'il existe, ouvrez-le
 ;
• IPC_EXCL : utilisé en conjonction avec IPC_CREAT, s'il existe, la création échouera ==> erreur, définissez errno
• 0 : Obtenez la mémoire partagée existante

//创建shared memory
shmid=shmget(key,4,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0664);
if(-1==shmid)
    perror("shmget"),exit(-1);

Q : Puisque shmget() peut créer, à quoi sert ftok() ?
A : shmget sert à créer de la mémoire partagée, ftok() n'est utilisé que pour générer une clé. En fait, vous pouvez remplir. dans la position de la clé à volonté. Un numéro peut également être exécuté, mais par rapport à celui généré par le système, il est facile de provoquer des conflits, il est donc préférable d'utiliser ftok pour générer une clé

shmat()

//挂接共享内存，成功返回映射内存的地址，失败返回(void*)-1设errno
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

shmid : valeur de retour de shmget()
shmaddr

• NULL signifie sélectionné par le système (identique à mmap())
• S'il n'est pas NULL et que shflg est SHM_RND, les points seront attribués à partir de l'adresse la plus proche à partir de shmaddr selon le principe d'alignement de page. Sinon, l'adresse spécifiée par shmaddr doit être alignée sur la page
.
• shmflg : Le drapeau de l'opération, donnez-lui simplement 0
  • SHM_RDONLY signifie que le processus attaché à la mémoire partagée doit avoir l'autorisation de lecture
  • SHM_REMAP (spécifique à Linux) signifie que si la mémoire partagée à mapper a déjà de la mémoire existante, remplacez l'ancienne

//挂接共享内存
void* pv=shmat(shmid,NULL,0);
if((void*)-1==pv)
    perror("shmat"),exit(-1);

shmdt()

//脱接共享内存，成功返回0,失败返回-1设errno
int shmdt(const void *shmaddr);
//脱接shm
int res=shmdt(pv);
if(-1==res)
    perror("shmdt"),exit(-1);

shmctl()

//共享内存管理，成功返回0,失败返回-1设errno
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

shmid : l'identifiant de la mémoire partagée, renvoyé par shmget()
buf : un pointeur de type shmid_ds

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 */
    ...
};
//
struct ipc_perm {
   key_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 and SHM_LOCKED flags */
   unsigned short   __seq;      /* Sequence number */
};

cmd

• IPC_STAT表示从内核中拷贝关于这个shmid的信息到buf指向的shmid_ds中

• IPC_SET 将buf指向的shmid_ds的信息写入到内核的结构体中，同时更新成员shm_ctime

• IPC_RMID销毁共享内存

• IPC_INFO(Linux-specific)返回系统对共享内存的限制写入到buf指向的时shminfo结构体中

  //_GNU_SOURCE
  struct  shminfo {
      unsigned long   shmmax; /* Maximum segment size */
      unsigned long   shmmin; /* Minimum segment size; always 1 */
      unsigned long   shmmni; /* Maximum number of segments */
      unsigned long   shmseg; /* Maximum number of segments that a process 
  can attach; unused within kernel */
      unsigned long   shmall; /* Maximum number of pages of shared memory, 
  system-wide */
   };
   //shmmni, shmmax, and shmall 可以童工/proc里的同名文件进行修改
  

• SHM_INFO(Linux-specific) 返回一个shm_info结构体来表示该共享内存消耗的系统资源

  //_GNU_SOURCE
  struct shm_info {
      int             used_ids;   /* # of currently existing segments */
      unsigned long   shm_tot;    /* Total number of shared memory pages */
      unsigned long   shm_rss;    /* # of resident shared memory pages */
      unsigned long   shm_swp;    /* # of swapped shared memory pages */
      unsigned long   swap_attempts; /* Unused since Linux 2.4 */
      unsigned long   swap_successes;/* Unused since Linux 2.4 */
   };
  

• SHM_STAT(Linux-specific) 为IPC_STAT返回一个shmid_ds结构结构体，不同的是shmid的参数不是一个标识符，而是内核中一个包含了系统中所有共享内存信息的索引

• SHM_LOCK防止系统将共享内存放到swap区，IPC_STAT读到的信息中SHM_LOCKED标记就被设置了

• SHM_UNLOCK 解除锁定，即允许共享内存被系统放到swap区

//使用IPC_RMID删除共享内存
int res=shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
if(-1==res)
    perror("shmctl"),exit(-1);

例子

//Sys V IPC shm
int shmid;          //定义全局变量记录id
void fa(int signo){
    printf("deleting shared memories...\n");
    sleep(3);//其实没用
    int res=shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
    if(-1==res)
        perror("shmctl"),exit(-1);
    printf("delete success\n");
    exit(0);    //ctrl+C已经不能结束while(1),用exit(0)来终结
}
int main(){
    //获取key
    key_t key=ftok(".",100);    //.就是一个存在且可访问的路径, 100是随便给的
    if(-1==key)
        perror("ftok"),exit(-1);
    printf("key=%#x\n",key);    //打印出进制的标示,即0x
    //创建shared memory
    shmid=shmget(key,4,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0664);
    if(-1==shmid)
        perror("shmget"),exit(-1);
    printf("shmid=%d\n",shmid);
    //挂接shm
    void* pv=shmat(shmid,NULL,0);
    if((void*)-1==pv)
        perror("shmat"),exit(-1);
    printf("link shared memory success\n");
    //访问shm
    int* pi=(int*)pv;
    *pi=100;
    //脱接shm
    int res=shmdt(pv);
    if(-1==res)
        perror("shmdt"),exit(-1);
    printf("unlink success\n");
    //如果不再使用,删除shm
    printf("删除共享内存请按Ctrl C...\n");
    if(SIG_ERR==signal(SIGINT,fa))
        perror("signal"),exit(-1);
    while(1);
    return 0;
}

本文介绍了Linux系统中System V 共享内存的方法，包括共享内存的创建、映射、读写、解除映射和删除等方面。通过了解和掌握这些知识，我们可以更好地使用System V 共享内存来实现进程间通信，提高系统的性能和可靠性。当然，Linux系统中System V 共享内存还有很多其他的特性和用法，需要我们不断地学习和探索。希望本文能给你带来一些启发和帮助。

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