进程间通信——共享内存

共享内存(Shared Memory)
共享内存，简单的说就是被多个进程共享的内存。它在各种进程通信方法中是最快的，因为它是将信息直接映射到内存中，

省去了其它 IPC方法的中间步骤。
1.shmid_ds
共享内存也有一个给系统内存用来保存相关信息的机构，就是shmid_ds。

struct shmid_ds{
struct ipc_perm shm_perm;  	             //operation
int		shm_segsz;            //size of segment
_kernel_time_t	shm_atime;            //last attach time
_kernel_time_t	shm_dtime;            //last detach time	
_kernel_time_t	shm_ctime;            //last change time
_kernel_ipc_pid_t	shm_cpid;     //pid of creator
_kernel_ipc_pid_t	shm_lpid      //pid of last operator
unsigned short		shm_nattch;   //no. of current attaches
unsigned short		shm_unused;   //compatibility
void			*shm_unused2; //ditto - used by DIPC
void			*shm_unused3; //unused
}

其中：
shm_perm    成员储存了共享内存对象的存取权限及其它一些信息。
shm_segsz   成员定义了共享的内存大小（以字节为单位）。
shm_atime   成员保存了最近一次进程连接共享内存的时间。
shm_dtime   成员保存了最近一次进程断开与共享内存的连接的时间。
shm_ctime   成员保存了最近一次 shmid_ds 结构内容改变的时
shm_cpid     成员保存了创建共享内存的进程的 pid。
shm_lpid      成员保存了最近一次连接共享内存的进程的 pid。
shm_nattch  成员保存了与共享内存连接的进程数目。
剩下的三个成员被内核保留使用，这里就不介绍了。

有关的函数
1、sys_shmget()函数
使用shmget()函数来创建新的获取得已有的共享内存。
系统调用：shmget()
函数声明：int shmget(key_t key,int size,int shmflg);
    返回值：shared memory segment identigier on success
                 -1 on error: errno =

shmget()函数的第一个参数key 是共享内存的关键字；第二个参数 size 是创建的共享内存的大小，以字节为单位。第三个参

数 shmflg 是控制函数行为的标志量，其取值的含义和作用和 msgget()及semget()函数的对应参数都是相同的.

int open_shm(key_t keyval, int segsize)
{
	int shmid;
	if(shmid=shmget(keyval, segsize,IPC_CREAT|0660))==-1)
	{
		return(-1);
	}
	return(shmid);
}

2、shmat()函数
当一个进程使用 shmget()函数得到了共享内存的标识符之后，就可以使用shmat()函数来将共享内存映射到进程自己的内

存空间内。
系统调用：shmat()
函数声明： int shmat(int shmid, char *shmaddr, int shmflg);
    返回值： address at which segment was attached to the process, or
                 -1 on error: errno =
第一个参数是共享内存的标识符。
第二个参数 shmaddr 指定了共享内存映射的地址。因为这样必须要预先分配内存，十分不便，所以我们在使用时常常将这

个参数置零，这样系统会自动为映射分配一块未使用的内存。如果指定了地址，可以给第三个参数 shmflg 指定SHM_RND

标志来强迫将内存大小设定为页面的尺寸。
如果指定了 SHM_RDONLY参数，共享内存将被映射成只读。
映射成功后，函数返回指向映射内存的指针。
下面的这段代码演示了 shmat()函数的使用：

char *attach_segment( int shmid )
{
         return(shmat(shmid, 0, 0));
}

得到了映射内存的指针之后，我们就可以像读写普通内存一样对共享内存进行读写了。

3、shmctl()函数
和前两个 IPC 对象一样，共享内存也有一个直接对其进行操作的函数，就是 shmctl()函数。
系统调用： shmctl()
函数声明：int shmctl(int shmqid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
    返回值：0 on success
-1 on error: errno =

这个函数和 msgget()函数十分相似，用法也相同。它支持的操作有：
IPC_STAT   获得共享内存的信息。
IPC_SET   设定共享内存的信息。
IPC_RMID   删除共享内存。
需要说明的是，当执行 IPC_RMID 操作时，系统并不是立即将其删除，而只是将其标为待删，然后等待与其连接的进程断开连接。只有当所有的连接都断开以后系统才执行真正的删除操作。当然，如果执行 IPC_RMID 的时候没有任何的连接，删除将是立即的。

4、shmdt()函数
当一个进程不再需要某个共享内存的映射时，就应该使用 shmdt()函数断开映射。
系统调用： shmdt()
函数声明： int shmdt ( char *shmaddr );
    返回值： -1 on error: errno = EINVAL (Invalid attach address passed)
shmdt()函数唯一的参数是共享内存映射的指针。

共享内存应用举例——shmtool,交互式的共享内存使用工具

shmtool.c

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

#define SEGSIZE 100
writeshm(int shmid, char *segptr, char *text)
{
	strcpy(segptr, text);
	printf("Done..\n");
}
	
readshm(int shmid, char *segptr)
{
	printf("segptr: %s\n", segptr);
}
	
removeshm(int shmid)
{
	shmctl(shmid, IPC_RMID, 0);
	printf("Shared memory segment marked for deletion\n");
}

changemode(int shmid, char *mode)
{
	struct shmid_ds myshmds;

	/*Get current values for internal data structure */
	shmctl(shmid, IPC_STAT, &myshmds);
		
	/* Display old permissions */
	printf("Old permissions were:%o\n", myshmds.shm_perm.mode);

	/*Convert and load the mode */
	sscanf(mode, "%o", &myshmds.shm_perm.mode);
		
	/* Update the mode */
	shmctl(shmid, IPC_SET, &myshmds);

	printf("New permissions are: %o", myshmds.shm_perm.mode);

}
usage()
{
        	fprintf(stderr, "shmtool - A utility for tinkering with shared memory\n");
         	fprintf(stderr, "\nUSAGE:  shmtool (w)rite <text>\n");
        	fprintf(stderr, "                (r)ead\n");
         	fprintf(stderr, "                (d)elete\n");
         	fprintf(stderr, "                (m)ode change <octal mode>\n");
         	exit(1);
}
main(int argc, char *argv[])
{
	key_t key;
	int     shmid,cntr;
	char  *segptr;
	if(argc==1) usage();
	
	/*Create unique key via call to ftok() */
	key =ftok(".", 'S');

	/*Open the shared memory segment -create if necessary */
	if((shmid =shmget(key, SEGSIZE, IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666))==-1)
	{
		printf("Shared memory segment exists - opening as client\n");
		/* Segment probably already exists - try as client */
		if((shmid = shmget(key, SEGSIZE, 0))==-1)
		{
			perror("shmget");
			exit(1);
		}


	}
	else{
		printf("Creating new shared memory segment\n");

	}
	
	/* Attach (map) the shared memory segment into the current process */
	if((segptr= shmat(shmid,0,0))==-1)
	{
		perror("shmat");
		exit(1);

	}
	
	switch(tolower(argv[1][0]))
	{
		case 'w': 
		writeshm(shmid, segptr, argv[2]);
                           	break;
		case 'r': 
		readshm(shmid, segptr);
                           	break;
                 	case 'd': 
		removeshm(shmid);
                          	break;
               		case 'm': 
		changemode(shmid, argv[2]);
                          	break;
                 	default: usage();

	}
	
}

/home/l/g/tomotoboy/ipc/shm >shmtool r
Shared memory segment exists - opening as client
segptr: test
/home/l/g/tomotoboy/ipc/shm >shmtool w "hello:this is a test"
Shared memory segment exists - opening as client
Done..
/home/l/g/tomotoboy/ipc/shm >shmtool r
Shared memory segment exists - opening as client
segptr: hello:this is a test
/home/l/g/tomotoboy/ipc/shm >shmtool d
Shared memory segment exists - opening as client
Shared memory segment marked for deletion
/home/l/g/tomotoboy/ipc/shm >shmtool r
Creating new shared memory segment
segptr: