linux中的两种共享内存。一种是我们的IPC通信System V版本的共享内存，另外的一种就是我们今天提到的存储映射I/O（mmap函数）
在说mmap之前我们先说一下普通的读写文件的原理，进程调用read或是write后会陷入内核，因为这两个函数都是系统调用，进入系统调用后，内核开始读写文件，假设内核在读取文件，内核首先把文件读入自己的内核空间，读完之后进程在内核回归用户态，内核把读入内核内存的数据再copy进入进程的用户态内存空间。实际上我们同一份文件内容相当于读了两次，先读入内核空间，再从内核空间读入用户空间。
Linux提供了内存映射函数mmap, 它把文件内容映射到一段内存上(准确说是虚拟内存上), 通过对这段内存的读取和修改, 实现对文件的读取和修改,mmap()系统调用使得进程之间可以通过映射一个普通的文件实现共享内存。普通文件映射到进程地址空间后，进程可以向访问内存的方式对文件进行访问，不需要其他系统调用(read,write)去操作。
mmap图示例：
mmap系统调用介绍
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,
int fd, off_t offset);
这就是mmap系统调用的接口，mmap函数成功返回指向内存区域的指针，图上的进程的地址空间的开始地址就是mmap函数的返回值，失败返回MAP_FAILED。
addr，某个特定的地址作为起始地址，当被设置为NULL，系统会在地址空间选择一块合适的内存区域。
length说的是内存段的长度。
prot是用来设定内存段的访问权限。
fd参数是用来被映射文件对应的文件描述符。通过open系统调用得到。offset设定从何处进行映射。
mmap使用注意事项：
利用mmap进行非血缘进程间通信代码：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/mman.h>
#include<string.h>
struct STU
{
int age;
char name[20];
char sex;
};
int main(int argc,char *argv[]) //这个进程用于创建映射区进行写。
{
if(argc != 2)
{
printf("./a,out file");
exit(1);
}
struct STU student = {
10,"xiaoming",'m'};
int fd = open(argv[1],O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0644);
if(fd < 0)
{
perror("open");
exit(2);
}
ftruncate(fd,sizeof(struct STU)); //文件拓展大小。
struct STU *p = (struct STU*)mmap(NULL,sizeof(struct STU),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);//创建一个结构体大小的共享映射区。共享映射区我们可以当做数组区看待。
if(p == MAP_FAILED)
{
perror("mmap");
exit(3);
}
close(fd); //关闭不用的文件描述符。
while(1)
{
memcpy(p,&student,sizeof(student));
student.age++;
sleep(1);
}
int ret = munmap(p,sizeof(student));
if(ret < 0)
{
perror("mmumap");
exit(4);
}
return 0;
}
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/mman.h>
struct STU
{
int age;
char name[20];
char sex;
};
int main(int argc,char *argv[]) //这个进程读
{
if(argc != 2)
{
printf("./a,out file");
exit(1);
}
int fd = open(argv[1],O_RDONLY,0644);
if(fd < 0)
{
perror("open");
exit(2);
}
struct STU student;
struct STU *p = (struct STU*)mmap(NULL,sizeof(struct STU),PROT_READ,MAP_SHARED,fd,0);
if(p == MAP_FAILED)
{
perror("mmap");
exit(3);
}
close(fd);
int i = 0;
while(1)
{
printf("id = %d\tname = %s\t%c\n",p->age,p->name,p->sex);
sleep(2);
}
int ret = munmap(p,sizeof(student));
if(ret < 0)
{
perror("mmumap");
exit(4);
}
return 0;
运行结果：
分析：因为只创建一个结构体大小的共享内存，后面写入的数据把前面写入的数据覆盖了。
shm共享内存多个进程的地址空间映射到同一个物理内存，多个进程都能看到这块物理内存，共享内存可以提供给服务器进程和客户进程之间进行通信，不需要进行数据的复制，所以速度最快。
shm内存模型图：
内核为每一个共享内存段维护着一个特殊的数据结构，就是shmid_ds，这个结构在include/linux/shm.h中定义
如下：
ipc_perm 结构定义于中，原型如下：
struct ipc_perm
{
key_t key; 调用shmget()时给出的关键字
uid_t uid; /*共享内存所有者的有效用户ID */
gid_t gid; /* 共享内存所有者所属组的有效组ID*/
uid_t cuid; /* 共享内存创建 者的有效用户ID*/
gid_t cgid; /* 共享内存创建者所属组的有效组ID*/
unsigned short mode; /* Permissions + SHM_DEST和SHM_LOCKED标志*/
unsignedshort seq; /* 序列号*/
};
struct shmid_ds{
struct ipc_perm shm_perm;/* 操作权限*/
int shm_segsz; /*段的大小（以字节为单位）*/
time_t shm_atime; /*最后一个进程附加到该段的时间*/
time_t shm_dtime; /*最后一个进程离开该段的时间*/
time_t shm_ctime; /*最后一个进程修改该段的时间*/
unsigned short shm_cpid; /*创建该段进程的pid*/
unsigned short shm_lpid; /*在该段上操作的最后1个进程的pid*/
short shm_nattch; /*当前附加到该段的进程的个数*/
/*下面是私有的*/
unsigned short shm_npages; /*段的大小（以页为单位）*/
unsigned long *shm_pages; /*指向frames->SHMMAX的指针数组*/
struct vm_area_struct *attaches; /*对共享段的描述*/
};
- shmget函数原型
在Linux环境中，对开始申请的共享内存空间进行了初始化，初始值为0x00。
如果用shmget创建了一个新的消息队列对象时，则shmid_ds结构成员变量的值设置如下：
Ÿ shm_lpid、shm_nattach、shm_atime、shm_dtime设置为0。
Ÿ msg_ctime设置为当前时间。
Ÿ shm_segsz设成创建共享内存的大小。
Ÿ shmflg的读写权限放在shm_perm.mode中。
Ÿ shm_perm结构的uid和cuid成员被设置成当前进程的有效用户ID，gid和cuid成员被设置成当前进程的有效组ID。
- shmat函数原型
- shmdt函数原型
- shmctl函数原型
3.代码实现：
下面的例子是服务器进程进行创建共享内存，然后挂接，客户进程也挂接，然后服务器进程每2秒写入一个字符，
客户进程也接收到，打印，实现内存共享
comm.h
#ifndef _COMM_H_
#define _COMM_H_
#include<stdio.h>
#include<sys/shm.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#define PATHNAME "."
#define PROJ_ID 0x6666
int creat_shm(size_t size);
int get_shm();
int destroy_shm(int shmid);
#endif
comm.c
#include"comm.h"
int common(size_t size,int flags)
{
key_t key = ftok(PATHNAME,PROJ_ID);
if (key < 0)
{
perror("ftok");
return -1;
}
int shmid = shmget(key,size,flags);//得到共享内存的标识符shmid。
if (shmid < 0)
{
perror("shmget");
return -2;
}
return shmid;
}
int creat_shm(size_t size)
{
return common(size,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0x666);
}
int get_shm()
{
return common(0,IPC_CREAT);
}
int destroy_shm(int shmid)
{
if(shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL)<0)
{
perror("shmctl");
return -3;
}
return 0;
}
server.c
#include"comm.h"
int main()
{
int shmid = creat_shm(4096);
printf("shmid = %d\n",shmid);
sleep(3);
char *buf = shmat(shmid,NULL,0);//挂接//shmat第二个参数为空，表示系统分配地址空间，返回一个虚拟地址空间。
printf("buf = %p\n",buf);
int i = 0;
while (1)
{
buf[i] = 'A'+i%26;
i++;
buf[i] = 0;
sleep(2);
}
shmdt(buf); //去挂接。
sleep(3);
destroy_shm(shmid);
return 0;
}
client.c
#include"comm.h"
int main()
{
int shmid = get_shm();
sleep(3);
char *buf = shmat(shmid,NULL,0);//新的进程挂接到那块共享内存空间，能看到共享内存中的东西。
while (1)
{
printf("%s\n",buf);
sleep(2);
}
shmdt(buf);
return 0;
}
总结mmap和shm:
1、mmap是在磁盘上建立一个文件，每个进程地址空间中开辟出一块空间进行磁盘文件映射。
而对于shm而言，shm每个进程最终会映射到同一块物理内存。shm保存在物理内存，这样读写的速度要比磁盘要快，但是存储量不是特别大。
2、另外mmap有一个好处是当机器重启，因为mmap把文件保存在磁盘上，这个文件还保存了操作系统同步的映像，所以mmap不会丢失，但是shmget就会丢失。