通过共享内存进行进程间通信

共享内存的工作方式

顾名思义，共享内存让一段内存可供多个进程访问。用特殊的系统调用（即对 UNIX 内核的请求）分配和释放内存并设置权限；通过一般的读写操作读写内存段中的数据。

共享内存并不是从某一进程拥有的内存中划分出来的；进程的内存总是私有的。共享内存是从系统的空闲内存池中分配的，希望访问它的每个进程连接它。这个连接过程称为映射，它给共享内存段分配每个进程的地址空间中的本地地址。

 

假设在同一系统上有两个进程 A 和 B 正在运行（见 图 1），它们可以通过共享内存进行协作和共享信息。在图中 A 和 B 采用不同大小的图形，以此强调应用程序不必相同。 

图 1. 两个进程在同一个主机上运行，执行不同的代码 

在 图 2 中，进程 A 请求一个共享内存段。进程 A 对这个内存段进行初始化，让它准备好接受访问。这个过程还给内存段命名，让其他进程可以找到它。通常，内存段名称并不是动态分配的；而是众所周知的，比如使用头文件中的常量，其他代码可以方便地引用它。 

图 2. 一个进程请求共享内存段

 

3。进程 A 把共享内存段连接（即映射）到自己的地址空间。进程 B 通过它的命名管道找到这个内存段，也把它映射到自己的地址空间，见 图 3。两个进程扩大了，表示包含共享内存段。 

4.最后，在 图 4 中，进程 A 和 B 可以随意读写共享内存段。按照与本地进程内存相同的方式对待共享内存。read() 和 write() 的作用与一般情况下一样。 

图 4. 两个或更多进程现在可以通过共同的内存共享数据

 

这些图中所示的许多工作可以通过 UNIX 共享内存 API 执行。实际上，有两套共享内存 API：POSIX API 和比较老（但是仍然有效）的 System V API。因为 POSIX 是 UNIX 和 Linux® 及其衍生系统上的公认标准，所以我们使用此版本。另外，POSIX API 使用简单的文件描述符执行读写，大家应该更熟悉。

POSIX 为创建、映射、同步和取消共享内存段提供五个入口点：

• shm_open()：创建共享内存段或连接到现有的已命名内存段。这个系统调用返回一个文件描述符。
• shm_unlink()：根据（shm_open() 返回的）文件描述符，删除共享内存段。实际上，这个内存段直到访问它的所有进程都退出时才会删除，这与在 UNIX 中删除文件很相似。但是，调用 shm_unlink() （通常由原来创建共享内存段的进程调用）之后，其他进程就无法访问这个内存段了。
• mmap()：把共享内存段映射到进程的内存。这个系统调用需要 shm_open() 返回的文件描述符，它返回指向内存的指针。（在某些情况下，还可以把一般文件或另一个设备的文件描述符映射到内存。对这些操作的讨论超出了本文的范围；具体方法请查阅操作系统的 mmap() 文档。）
• munmap()：作用与 mmap() 相反。
• msync()：用来让共享内存段与文件系统同步 — 当把文件映射到内存时，这种技术有用。

使用共享内存的过程是，用 shm_open() 创建内存段，用 write() 或 ftruncate() 设置它的大小，用 mmap() 把它映射到进程内存，执行其他参与者需要的操作。当使用完时，原来的进程调用 munmap() 和 shm_unlink()，然后退出。

示例应用程序

清单 1 给出一个简单的共享内存示例。（代码取自 John Fusco 撰写的 The Linux Programmer's Toolbox 一书 [由 Prentice Hall Professional 于 2007 年 3 月出版，ISBN 0132198576]，已经得到出版商的使用授权。）代码实现通过共享内存段通信的父进程和子进程。

清单 1. 共享内存示例

				
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/file.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/wait.h>

void error_and_die(const char *msg) {
  perror(msg);
  exit(EXIT_FAILURE);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
  int r;

  const char *memname = "sample";
  const size_t region_size = sysconf(_SC_PAGE_SIZE);

  int fd = shm_open(memname, O_CREAT | O_TRUNC | O_RDWR, 0666);
  if (fd == -1)
    error_and_die("shm_open");

  r = ftruncate(fd, region_size);
  if (r != 0)
    error_and_die("ftruncate");

  void *ptr = mmap(0, region_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
  if (ptr == MAP_FAILED)
    error_and_die("mmap");
  close(fd);

  pid_t pid = fork();

  if (pid == 0) {
    u_long *d = (u_long *) ptr;
    *d = 0xdbeebee;
    exit(0);
  }
  else {
    int status;
    waitpid(pid, &status, 0);
    printf("child wrote %#lx/n", *(u_long *) ptr);
  }

  r = munmap(ptr, region_size);
  if (r != 0)
    error_and_die("munmap");

  r = shm_unlink(memname);
  if (r != 0)
    error_and_die("shm_unlink");

  return 0;
}

下面是代码中的一些要点：

• 对 shm_open() 的调用看起来应该很熟悉；它与 open() 函数很相似，包括初始化内存段和设置权限的方式。在这里，内存段是全局可读、全局可写的。如果调用成功，返回下一个未使用的文件描述符；否则，返回 -1 并相应地设置 errno。
• ftruncate() 把文件的大小设置为 region_size 字节，这以前设置为系统的标准页面大小。sysconf() 是 libc 的组成部分。（还可以使用 shell 工具 getconf 检查系统的配置设置。）
• mmap() 连接共享内存段，返回用于对内存段直接读写字节的指针。PROT_READ 和 PROT_WRITE 分别表示可以读和写这个内存段中的页面。MAP_SHARED 表示对这个内存段的任何修改应该向所有参与共享的进程 “公开”，与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入，相当于输出到文件。直到msync()或者munmap()被调用，文件实际上不会被更新。
• 如果您使用过 fork()，那么应该熟悉代码的计算部分。执行 fork 之后，父进程和子进程获得打开的所有文件描述符和数据值的拷贝，所以指针对于它们都是有效的。但是，pid 不同。子进程获得 0，父进程获得子进程的进程 ID，这个变量的值决定执行哪个 if/then/else 分支。子进程向指针写一些字节，然后退出。父进程等待子进程退出，然后读取它写的数据。
• 但是，在父进程退出之前，它必须释放共享内存。用 munmap() 和 shm_unlink() 完成这个步骤。

最后还有一点也是非常重要，在编译共享内存的程序时里面需要调用到shm_open，shm_unlink等函数，则需要在编译时加上-lrt

gcc -o test test.c
结果为：
　　/tmp/ccaGhdRt.o(.text+0x23): In function `main':
　　: undefined reference to `shm_open'
　　/tmp/ccaGhdRt.o(.text+0x49): In function `main':
　　: undefined reference to `shm_unlink'
　　collect2: ld returned 1 exit status
　　编译结果实际上是说，没include相应的头文件，或是头文件不存在（即系统不支持该库函数）
　　但我man shm_open是可以找到帮助文件的（说明系统支持），原因何在？？？
　　请注意一下man shm_open的帮助文件的最后几行：
　　NOTES
　　 These functions are provided in glibc 2.2 and later. Programs using
　　 these functions must specify the -lrt flag to cc in order to link
　　 against the required ("realtime") library.
　　 POSIX leaves the behavior of the combination of O_RDONLY and O_TRUNC
　　 unspecified. On Linux, this will successfully truncate an existing
　　 shared memory object - this may not be so on other Unices.
　　 The POSIX shared memory object implementation on Linux 2.4 makes use of
　　a dedicated file system, which is normally mounted under /dev/shm.
　　如果你注意到的话，这样编译就能通过了：
　　gcc -lrt -o test test.c
　　其实就是要连接库的原因。

http://blog.csdn.net/liangkaiming/article/details/6240005