1. 共享内存:
共享内存方式可以在多个进程直接共享数据,因为其直接使用内存,不要多余的拷贝,是速度最快的IPC方式;
共享内存有两种实现方式,使用mmap和shm方式,如下图:
(1) mmap方式是将文件与进程地址空间进行映射,对实际物理内存影响小;
(2) shm方式是将每个进程的共享内存与实际物理存储器进行映射,对实际物理内存影响大;
由于XSI IPC自身缺点,所以建议使用mmap来实现共享内存;
2. mmap相关函数原型:
#include <sys/mman.h> void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flag, int filedes, off_t off); ret = 成功返回映射区域开始地址,失败返回MAP_FAILED
addr-参数用来指定映射区域的起始地址。通常设置为0,表示有系统选择映射区域的起始位置;
filedes-要映射文件的描述符。在映射文件到地址空间之前,先要打开文件;
len-映射的字节数;
off-要映射字节在文件中的起始偏移量;
prot-对映射存储区的保护要求,指定为PROT_NONE(不可访问), PROT_READ(可读), PROT_WRITE(可写), PROT_EXEC(可执行)的任意组合或者按位或;
但是对于映射存储区的保护要求不能超过文件open的权限,比如文件是只读打开的,则不能指定PROT_WRITE;
flag-MAP_FIXED 返回值必须等于addr,如果未制定此标志,addr非0,则作为一种建议,内核不保证会使用该地址。为了获得最大的可移植性,建议addr指定为0;
MAP_SHARED 说明了本进程对映射区域进行储存操作的配置。此标志指定存储操作修改映射文件,也就是相当于对该文件执行write;
MAP_PRIVATE 本标志说明对映射区存储操作会创建该映射的一个副本。所以后续操作都会引用该副本,而不是原始文件;
MAP_SAHRED 和 MAP_PRIVATE 必须指定其一,但是不能同时指定;
修改现有映射区的权限,与上面mmap中的prot字段相同;
#include <sys/mman.h> int mprotect(void *addr, size_t len, int prot); ret = 成功返回0,失败返回-1
如果共享内存中的页已被修改,则可以调用msync将该页冲洗到映射的文件中;
如果映射是私有的,那么不修改映射文件;
#include <sys/mman.h> int msync(void *addr, size_t len, int flags); ret = 成功返回0 失败返回-1
flags- MS_ASYNC和MS_SYNC必选其一;
MS_ASYNC-异步sync,无需等待,系统调度;
MS_SYNC-同步sync,需要等到操作完成;
MS_INVALIDATE-可选标志,通知操作系统丢弃没有同步的页;--一般不使用;
进程终止,或者调用munmap,内存映射就被自动解除,关闭文件描述符filedes并不会解除映射;
调用munmap不会是映射内存内容写到磁盘文件,share类型写磁盘是内核根据算法自动执行,private则丢弃修改;
#include <sys/mman.h> int munmap(caddr_t addr, size_t len); ret-成功返回0 失败返回-1
3. 文件映射到进程位置:
文件映射到进程地址空间中堆和栈直接的一段内存。
4. 子进程影响:
fork之后,因为子进程复制父进程的地址空间,而存储映射是该地址空间的一部分,所以子进程继承了该存储映射区域,但是当调用了exec函数组之后的新程序则不继承该映射区;
测试代码:--测试两个进程通过mmap映射信息,测试共享时,数据情况,和共享后数据情况;
common.h
1 #include <sys/mman.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <stdio.h> 4 #include <fcntl.h> 5 #include <string.h> 6 7 #define MMAP_FILE "/var/tmp/test_mmap" 8 #define NAME_LEN 64 9 10 typedef struct book { 11 int id; 12 char name[NAME_LEN]; 13 }book_t;
mmap_proc1.c -- 进程1,做映射,映射超过文件长度的区域
1 #include "common.h" 2 3 int main(int argc, char *argv[]) 4 { 5 int fd = -1; 6 int i = 0; 7 book_t *book = NULL; 8 9 if ((fd = open(MMAP_FILE, O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC)) < 0){ 10 perror("open file error "); 11 return -1; 12 } 13 14 if (lseek(fd, sizeof(book_t) * 2 - 1, SEEK_SET) < 0){ 15 perror("lseek error "); 16 close(fd); 17 return -1; 18 } 19 20 write(fd, "", 1); 21 22 if ((book = (book_t *)mmap(NULL, sizeof(book_t) * 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0)) == MAP_FAILED){ 23 perror("mmap error "); 24 return -1; 25 } 26 27 close(fd); 28 29 for (i = 0; i < 4; i++){ 30 char name[16] = { 0 }; 31 snprintf (name, 15, "book-%d", i); 32 33 (*(book + i)).id = i; 34 strncpy((*(book + i)).name, name, NAME_LEN - 1); 35 } 36 37 sleep(10); 38 39 munmap(book, sizeof(book_t) * 4); 40 41 return 0; 42 }
mmap_proc2.c -- 进程2,做映射,映射与进程1相同区域
1 #include "common.h" 2 3 int main(int argc, char *argv[]) 4 { 5 int fd = -1; 6 int i = 0; 7 book_t *book = NULL; 8 9 if ((fd = open(MMAP_FILE, O_RDWR | O_CREAT)) < 0){ 10 perror("open file error "); 11 return -1; 12 } 13 14 if ((book = (book_t *)mmap(NULL, sizeof(book_t) * 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0)) == MAP_FAILED){ 15 perror("mmap error "); 16 return -1; 17 } 18 19 close(fd); 20 21 for (i = 0; i < 4; i++){ 22 printf("id:%d, name:%s ", (*(book+i)).id, (*(book+i)).name); 23 } 24 25 munmap(book, sizeof(book_t) * 4); 26 27 return 0; 28 }