linux进程间通信之Posix共享内存用法详解及代码举例

Posix共享内存有两种非亲缘进程间的共享内存方法：
1).  使用内存映射文件,由open函数打开，再由mmap函数把返回的文件描述符映射到当前进程空间中的一个文件。

2）. 使用共享内存区对象，由shm_open打开一个 Posix IPC名字。再由mmap把返回的描述符映射到当前进程的地址空间。

Posix共享内存相关函数头文件及原型：
#include <sys/mman.h>
int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);
功能：打开一个共享内存对象，获取描述符
返回值：成功返回非负描述符，出错返回-1
参数：name是Posix IPC名字；oflag参数为O_RDONLY或O_RDWR,还可以为O_CREAT,O_EXCL,O_TRUNC,当在共享内存对象已存在的情况下指定O_RDWR和O_TRUNC会被截短为长度0;mode是指定权限位，在有O_CREAT指定的情况下使用，没有O_CREAT时也要必须设为0。


int shm_unlink(const char *name);
功能：删除一个共享内存区对象的名字。
返回值： 成功返回0，出错返回-1.


void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
功能：把由shm_open打开的共享内存对象映射到进程地址空间。
返回值：若成功则返回映射区的起始地址，出错返回MAP_FAILED。
参数： addr指定被映射到的进程空间的起始地址，一般设为空指针NULL,表示自动分配；len是映射到地址空间的字节数，从文件头开始第offset个字节开始算，一般offset设置为0；prot可以为PROT_READ(可读),PROT_WRITE(可写),PROT_EXEC(可执行),PROT_NONE(不可访问)；flags可以为MAP_SHARED,MAP_PRIVATE,MAP_FIXED,其中MAP_SHARED或MAP_PRIVATE必须指定一个，MAP_FIXED一般不指定并且addr为空指针，表示自动分配地址，方便移植。

int munmap(void  *addr, size_t len);
功能：删除进程地址空间的映射关系
返回值：成功返回0，出错返回-1


int msync(void *addr, size_t len, int flags);
功能：是文件内容与内存映射区中内容一致。
返回值： 成功返回0，出错返回-1.
参数： flags有3种，MS_ASYNC(异步写),MS_SYNC(同步写),MS_INVALIDATE(使缓存的数据失效)。

代码举例shm_test.c,父子进程操作共享内存区变量计数加1，并且用信号量sem做同步

1. #include <stdlib.h>
2. #include <stdio.h>
3. #include <sys/mman.h>
4. #include <semaphore.h>
5. #include <fcntl.h>
7. #define MYFILE "./shm_test_file"
9. #define SEM_NAME "/mysem"
11. #define MYSHM "/myshm"
13. #define TIMES 5
15. #define USE_SHM_OPEN 0
17. #define SEM_IN_SHAREMEMORY 0
19. #if SEM_IN_SHAREMEMORY
20. struct shared
21. {
22.   sem_t mutex;
23.   int count;
24. }shared;
25. #endif
27. int main(void)
28. {
29.   int fd,i,zero=0;
31.   #if SEM_IN_SHAREMEMORY
32.   struct shared *ptr;
33.   #if USE_SHM_OPEN
34.   fd=shm_open(MYSHM,O_RDWR|O_CREAT,0666);
35.   #else
36.   fd=open(MYFILE,O_RDWR|O_CREAT,0666);
37.   #endif
38.   write(fd,&shared,sizeof(struct shared));
39.   ptr=mmap(NULL,sizeof(struct shared),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
40.   sem_init(&ptr->mutex,1,1);
41.   #else
42.   int *ptr;
43.   sem_t *mutex;
44.   #if USE_SHM_OPEN
45.   fd=shm_open(MYSHM,O_RDWR|O_CREAT,0666);
46.   #else
47.   fd=open(MYFILE,O_RDWR|O_CREAT,0666);
48.   #endif
49.   write(fd,&zero,sizeof(int));
50.   ptr=mmap(NULL,sizeof(int),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
51.   mutex=sem_open(SEM_NAME,O_CREAT|O_EXCL,0666,1);
52.   sem_unlink(SEM_NAME);
53.   #endif
54.   
55.   
56.   close(fd); 
57.   setbuf(stdout,NULL);//stdout is unbuffered
58.   if(0==fork())
59.   {
60.     for(i=0;i<TIMES;i++)
61.     {
62.       #if SEM_IN_SHAREMEMORY
63.       sem_wait(&ptr->mutex);
64.       printf("child : %d\n",ptr->count++);
65.       sem_post(&ptr->mutex);
66.       #else
67.       sem_wait(mutex);
68.       printf("child : %d\n",(*ptr)++);
69.       sem_post(mutex);
70.       #endif
71.     }
72.     exit(0);
73.   }
74.   
75.   for(i=0;i<TIMES;i++)
76.   {
77.       #if SEM_IN_SHAREMEMORY
78.       sem_wait(&ptr->mutex);
79.       printf("parent : %d\n",ptr->count++);
80.       sem_post(&ptr->mutex);
81.       #else
82.       sem_wait(mutex);
83.       printf("parent : %d\n",(*ptr)++);
84.       sem_post(mutex);
85.       #endif
86.   }
87.   exit(0);
88. }

复制代码

运行结果：

./a.out
parent : 0
parent : 1
parent : 2
parent : 3
parent : 4
child : 5
child : 6
child : 7
child : 8
child : 9


通过设置“#define USE_SHM_OPEN 1”使用共享内存对象映射，“#define USE_SHM_OPEN 0” 使用不同文件系统映射。
设置“#define SEM_IN_SHAREMEMORY 1”使信号量SEM也放在共享内存区，“#define SEM_IN_SHAREMEMORY 0”使信号量SEM不在共享内存区