共享存储区通信

3.3.2　Linux共享存储区通信

共享存储区是Linux系统中通信速度最高的一种通信机制。该机制可使若干进程共享主存中的某一个区域，且使该区域出现（映射）在多个进程的虚地址空间中。另一方面，一个进程的虚地址空间中又可连接多个共享存储区，每个共享存储区都有自己的名字。当进程间欲利用共享存储区进行通信时，必须先在主存中建立一共享存储区，然后将它附接到自己的虚地址空间上。此后，进程对该区的访问操作，与对其虚地址空间的其他部分的操作完全相同。进程之间便可通过对共享存储区中数据的读、写来进行直接通信。

应当指出，共享存储区机制只为进程提供了用于实现通信的共享存储区和对共享存储区进行操作的手段，然而并未提供对该区进行互斥访问及进程同步的措施。因而当用户需要使用该机制时，必须自己设置同步和互斥措施才能保证实现正确的通信。

为了管理方便，Linux维护了一个共享内存对象向量表shm_segs，其中保存了系统中所有的共享内存对象。该向量表中的每个元素是一个指向shmid_kernel结构的指针，其中有一个分量是shmid_ds结构。每个新创建的共享内存区域由一个shmid_ds结构来表示。

共享存储允许两个或多个进程共享一给定的存储区。因为数据不需要在客户和服务者之间复制，所以这是最快的一种IPC。使用共享存储的惟一窍门是多个进程之间对一给定存储区的同步存取。若服务者将数据放入共享存储区，则在服务者做完这一操作之前，客户不应当去取这些数据。通常，信号量被用来实现对共享存储存取的同步。内核为每个共享存储段设置了一个shmid_ds结构。

struct shmid_ds {

　struct ipc_perm shm_perm;

　struct anon_map shm_amp; /*内核中的指针*/

　int shm_segsz;　　　　　　/*段尺寸*/

　ushort shm_lkcnt;　　　　/*对段加锁的次数*/

　ushort shm_cpid;　　　　 /*创建者 pid */

　ushort shm_lpid;　　　　　/* 上一次操作的进程的 pid */

　short shm_nattch;　　　　/* 目前附着的进程数目 */

　time_t shm_atime;　　　　/* 上一次附着的时间 */

　time_t shm_dtime;　　　　/* 上一次分离的时间 */

　time_t shm_ctime;　　　　/* 上一次修改的时间 */

};

共享内存机制主要用到了如下几个系统调用：

①创建共享内存段shmget()。

②进程申请连接共享内存段shmat()。

③进程取消与共享内存段的连接shmdt()。

④取消一个共享内存段shmctl()。

（1）创建、获得一个共享存储区

Linux利用系统调用shmget()来创建、获得一个共享存储区。

系统调用格式：

shmid=shmget(key,size,flag)

参数定义：

int shmget(key,size,flag);

key_t key;

int size,flag;

其中key是共享存储区的名字；size是其大小（以字节计）；flag是用户设置的标志，如IPC_CREAT。IPC_CREAT表示若系统中尚无指名的共享存储区，则由核心建立一个共享存储区；若系统中已有共享存储区，便忽略IPC_CREAT。

对共享区的操作权限如下：

操作允许权 八进制数

用户可读　00400

用户可写　00200

小组可读　00040

小组可写　00020

其他可读　00004

其他可写　00002

控制命令　　值

IPC_CREAT 0001000

IPC_EXCL　0002000

例：shmid=shmget(key,size,(IPC_CREAT|0400))

创建一个关键字为key，长度为size的共享存储区。

（2）共享存储区的附接

Linux利用系统调用shmat()实现共享存储区的附接。从逻辑上将一个共享存储区附接到进程的虚拟地址空间上。

系统调用格式：virtaddr=shmat(shmid,addr,flag)

参数定义

char *shmat(shmid,addr,flag);

int shmid,flag;

char * addr;

其中shmid是共享存储区的标识符；addr是用户给定的，将共享存储区附接到进程的虚地址空间；flag规定共享存储区的读、写权限，以及系统是否应对用户规定的地址做舍入操作。其值为SHM_RDONLY时，表示只能读；其值为0时，表示可读、可写；其值为SHM_RND（取整）时，表示操作系统在必要时舍去这个地址。该系统调用的返回值是共享存储区所附接到的进程虚地址viraddr。

（3）共享存储区的分离

Linux利用系统调用shmdt()把一个共享存储区从指定进程的虚地址空间分离。

系统调用格式：shmdt(addr)

参数定义

int shmdt(addr);

char addr;

其中addr是要分离连接的虚地址，亦即以前由连接的系统调用shmat()所返回的虚地址。调用成功时，返回0值，调用不成功，返回-1。

（4）共享存储区的控制

Linux利用系统调用shmctl()共享存储区的控制，对其状态信息进行读取和修改。

系统调用格式：shmctl(shmid,cmd,buf)

参数定义

int shmctl(shmid,cmd,buf);

int shmid,cmd;

struct shmid_ds *buf;

其中buf是用户缓冲区地址，cmd是操作命令。命令可分为多种类型：

①用于查询有关共享存储区的情况。如其长度、当前连接的进程数、共享区的创建者标识符等。

②用于设置或改变共享存储区的属性。如共享存储区的许可权、当前连接的进程计数等。

③对共享存储区的加锁和解锁命令。

④删除共享存储区标识符等。

上述的查询是将shmid所指示的数据结构中的有关成员，放入所指示的缓冲区中；而设置是用由buf所指示的缓冲区内容来设置由shmid所指示的数据结构中的相应成员。