共享内存是系统出于多个进程之间通讯的考虑.docx
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共享内存是系统出于多个进程之间通讯的考虑
共享内存是系统出于多个进程之间通讯的考虑，而预留的的一块内存区。
在/proc/sys/kernel/目录下，记录着共享内存的一些限制，如一个共享内存区的最大字节数shmmax，系统范围内最大共享内存区标识符数shmmni等，可以手工对其调整，但不推荐这样做。
一、应用
共享内存的使用，主要有以下几个API：
ftok（）、shmget（）、shmat（）、shmdt（）及shmctl（）。
1）用ftok（）函数获得一个ID号.
应用说明:
在IPC中，我们经常用用key_t的值来创建或者打开信号量，共享内存和消息队列。
函数原型:
key_tftok（constchar*pathname,intproj_id）;
Keys：
1）pathname一定要在系统中存在并且进程能够访问的
3）proj_id是一个1－255之间的一个整数值，典型的值是一个ASCII值。
当成功执行的时候，一个key_t值将会被返回，否则－1被返回。
我们可以使用strerror（errno）来确定具体的错误信息。
考虑到应用系统可能在不同的主机上应用，可以直接定义一个key，而不用ftok获得：
#defineIPCKEY0x344378
2）shmget（）用来开辟/指向一块共享内存的函数
应用说明:
shmget（）用来获得共享内存区域的ID，如果不存在指定的共享区域就创建相应的区域。
函数原型:
intshmget（key_tkey,size_tsize,intshmflg）;
key_tkey是这块共享内存的标识符。
如果是父子关系的进程间通信的话，这个标识符用IPC_PRIVATE来代替。
如果两个进程没有任何关系，所以就用ftok（）算出来一个标识符（或者自己定义一个）使用了。
intsize是这块内存的大小．
intflag是这块内存的模式（mode）以及权限标识。
模式可取如下值：
IPC_CREAT新建（如果已创建则返回目前共享内存的id）
IPC_EXCL 与IPC_CREAT结合使用，如果已创建则则返回错误
然后将“模式”和“权限标识”进行“或”运算，做为第三个参数。
如：
IPC_CREAT|IPC_EXCL|0640
例子中的0666为权限标识,4/2/1分别表示读/写/执行3种权限，第一个0是UID,第一个6（4+2）表示拥有者的权限，第二个4表示同组权限，第3个0表示他人的权限。
这个函数成功时返回共享内存的ID，失败时返回-1。
关于这个函数，要多说两句。
创建共享内存时，shmflg参数至少需要IPC_CREAT|权限标识，如果只有IPC_CREAT则申请的地址都是k=0xffffffff，不能使用；
获取已创建的共享内存时，shmflg不要用IPC_CREAT（只能用创建共享内存时的权限标识，如0640），否则在某些情况下，比如用ipcrm删除共享内存后，用该函数并用IPC_CREAT参数获取一次共享内存（当然，获取失败），则即使再次创建共享内存也不能成功，此时必须更改key来重建共享内存。
3）shmat（）将这个内存区映射到本进程的虚拟地址空间。
函数原型:
void *shmat（intshmid,char*shmaddr,intshmflag）;
shmat（）是用来允许本进程访问一块共享内存的函数。
intshmid是那块共享内存的ID。
char*shmaddr是共享内存的起始地址，如果shmaddr为0，内核会把共享内存映像到调用进程的地址空间中选定位置；如果shmaddr不为0，内核会把共享内存映像到shmaddr指定的位置。
所以一般把shmaddr设为0。
intshmflag是本进程对该内存的操作模式。
如果是SHM_RDONLY的话，就是只读模式。
其它的是读写模式
成功时，这个函数返回共享内存的起始地址。
失败时返回-1。
4）shmdt（）函数删除本进程对这块内存的使用，shmdt（）与shmat（）相反，是用来禁止本进程访问一块共享内存的函数。
函数原型:
intshmdt（char*shmaddr）;
参数char*shmaddr是那块共享内存的起始地址。
成功时返回0。
失败时返回-1。
5）shmctl（）控制对这块共享内存的使用
函数原型：
int shmctl（intshmid,intcmd,structshmid_ds*buf）;
intshmid是共享内存的ID。
intcmd是控制命令，可取值如下：
IPC_STAT 得到共享内存的状态
IPC_SET 改变共享内存的状态
IPC_RMID 删除共享内存
structshmid_ds*buf是一个结构体指针。
IPC_STAT的时候，取得的状态放在这个结构体中。
如果要改变共享内存的状态，用这个结构体指定。
返回值：
成功：
0
失败：
-1
示例程序:
#include
#include
#include
#include
#include
#defineIPCKEY0x366378
typedefstruct{
charagen[10];
unsignedcharfile_no;
}st_setting;
intmain（intargc,char**argv）
{
intshm_id;
key_tkey;
st_setting*p_setting;
//首先检查共享内存是否存在，存在则先删除
shm_id=shmget（IPCKEY,1028,0640）;
if（shm_id!
=-1）
{
p_setting=（st_setting*）shmat（shm_id,NULL,0）;
if（p_setting!
=（void*）-1）
{
shmdt（p_setting）;
shmctl（shm_id,IPC_RMID,0）;
}
}
shm_id=shmget（IPCKEY,1028,0640|IPC_CREAT|IPC_EXCL）;
if（shm_id==-1）
{
printf（"shmgeterror\n"）;
return-1;
}
//将这块共享内存区附加到自己的内存段
p_setting=（st_setting*）shmat（shm_id,NULL,0）;
strncpy（p_setting->agen,"jinyh",10）;
printf（"agen:
%s\n",p_setting->agen）;
p_setting->file_no=1;
printf（"file_no:
%d\n",p_setting->file_no）;
system（"ipcs-m"）;//此时可看到有进程关联到共享内存的信息，nattch为1
//将这块共享内存区从自己的内存段删除出去
if（shmdt（p_setting）==-1）
perror（"detacherror"）;
system（"ipcs-m"）;//此时可看到有进程关联到共享内存的信息，nattch为0
//删除共享内存
if（shmctl（shm_id,IPC_RMID,NULL）==-1）
perror（"deleteerror"）;
//exit（0）;
}
注意：
在使用共享内存，结束程序退出后。
如果你没在程序中用shmctl（）删除共享内存的话，一定要在命令行下用ipcrm命令删除这块共享内存。
你要是不管的话，它就一直在那儿放着了。
简单解释一下ipcs命令和ipcrm命令。
取得ipc信息：
ipcs[-m|-q|-s]
-m 输出有关共享内存（sharedmemory）的信息
-q 输出有关信息队列（messagequeue）的信息
-s 输出有关“遮断器”（semaphore）的信息
%ipcs-m
删除ipc
ipcrm-m|-q|-sshm_id
%ipcrm-m105
二、陷阱（参考
1）ftok陷阱
采用ftok来生成key的情况下，如果ftok的参数pathname指定文件被删除后重建，则文件系统会赋予这个同名文件（或目录）新的i节点信息，于是这些进程所调用的ftok虽然都能正常返回，但得到的键值却并不能保证相同。
2）3.AIX中shmat的问题
AIX系统中，SystemV各类进程间通信机制在使用中均存在限制。
区别于其它UNIX操作系统对IPC机制的资源配置方式，AIX使用了不同的方法；在AIX中定义了IPC机制的上限,且是不可配置的。
就共享内存机制而言，在4.2.1及以上版本的AIX系统上，存在下列限制：
对于64位进程，同一进程可连接最多268435456个共享内存段；
对于32位进程，同一进程可连接最多11个共享内存段，除非使用扩展的shmat；
上述限制对于64位应用不会带来麻烦，因为可供连接的数量已经足够大了；但对于32位应用，却很容易带来意外的问题，因为最大的连接数量只有11个。
下面的例程test02.c演示了这个问题，为了精简代码，它反复连接的是同一个共享内存对象；实际上，无论所连接的共享内存对象是否相同，该限制制约的是连接次数：
#include
#include
#include
#include
#include
#defineMAX_ATTACH_NUM15
voidmain（intargc,char*argv[]）
{
key_t mem_key;
long mem_id;
void* mem_addr[MAX_ATTACH_NUM];
int i;
if（（mem_key=ftok（"/tmp/mykeyfile",1））==（key_t）（-1））{
printf（"Failedtogeneratesharedmemoryaccesskey,ERRNO=%d\n",
errno）;
gotoMOD_EXIT;
}
if（（mem_id=shmget（mem_key,256,IPC_CREAT））==（-1））{
printf（"FailedtoobtainsharedmemoryID,ERRNO=%d\n",errno）;
gotoMOD_EXIT;
}
for（i=1;i<=MAX_ATTACH_NUM;i++）{
if（（mem_addr[i]=（void*）shmat（mem_id,0,0））==（void*）（-1））
printf（"Failedtoattachsharedmemory,times[%02d],errno:
%d\n",i,
errno）;
else
printf（"Successfullyattachedsharedmemory,times[%02d]\n",i）;
}
MOD_EXIT:
shmctl（mem_id,IPC_RMID,NULL）;
}
在AIX系统上，我们将其编译为test02，并运行，可以看到如下输出：
Successfullyattachedsharedmemory,times[01]
Successfullyattachedsharedmemory,times[02]
Successfullyattachedsharedmemory,times[03]
Successfullyattachedsharedmemory,times[04]
Successfullyattachedsharedmemory,times[05]
Successfullyattachedsharedmemory,times[06]
Successfullyattachedsharedmemory,times[07]
Successfullyattachedsharedmemory,times[08]
Successfullyattachedsharedmemory,times[09]
Successfullyattachedsharedmemory,times[10]
Successfullyattachedsharedmemory,times[11]
Failedtoattachsharedmemory,times[12],errno:
24
Failedtoattachsharedmemory,times[13],errno:
24
Failedtoattachsharedmemory,times[14],errno:
24
Failedtoattachsharedmemory,times[15],errno:
24
说明超出11个连接之后，所有后续的共享内存连接都将无法建立。
错误码24的定义是EMFILE，AIX给予的解释是：
Thenumberofsharedmemorysegmentsattachedtothecallingprocessexceedsthesystem-imposedlimit。
解决这个问题的方法是，使用扩展的shmat；具体而言就是，在运行相关应用之前（确切地说，是在共享内存被创建之前），首先在shell中设置EXTSHM环境变量，通过它扩展shmat，对于源代码本身无需作任何修改：
exportEXTSHM=ON
值得注意的是，虽然设置环境变量，在程序中也可通过setenv函数来做到，比如在程序的开始，加入下列代码：
setenv（"EXTSHM","ON",1）;
但实践证明这样的方法在解决这个问题上是无效的；也就是说唯一可行的办法，就是在shell中设置EXTSHM环境变量，而非在程序中。
在AIX上配置32位DB2实例时，也要求确保将环境变量EXTSHM设为ON，这是运行WarehouseManager和QueryPatroller之前必需的操作：
exportEXTSHM=ON
db2setDB2ENVLIST=EXTSHM
db2start
其原因即来自我们刚刚介绍的AIX中32位应用连接共享内存时，存在最大连接数限制。
这个问题同样普遍存在于AIX平台上Oracle等软件产品中。
3）HP-UX中shmget和shmat的问题
3.132位和64位应用兼容问题
在HP-UX平台上，如果同时运行32位应用和64位应用，而且它们访问的是一个相同的共享内存区，则会遇到兼容性问题。
在HP-UX中，应用程序设置IPC_CREAT标志调用shmget，所创建的共享内存区，只可被同类型的应用所访问；即32位应用程序所创建的共享内存区只可被其它的32位应用程序访问，同样地，64位应用程序所创建的共享内存区只可被其它的64位应用程序访问。
如果，32位应用企图访问一个由64位应用创建的共享内存区，则会在调用shmget时失败，得到EINVAL错误码，其解释是：
Asharedmemoryidentifierexistsforkeybutisin64-bitaddressspaceandtheprocessperformingtherequesthasbeencompiledasa32-bitexecutable.
解决这一问题的方法是，当64位应用创建共享内存时，合并IPC_CREAT标志，同时给定IPC_SHARE32标志：
shmget（mem_key,size,0666|IPC_CREAT|IPC_SHARE32）
对于32位应用，没有设定IPC_SHARE32标志的要求，但设置该标志并不会带来任何问题，也就是说无论应用程序将被编译为32位还是64位模式，都可采用如上相同的代码；并且由此解决32位应用和64位应用在共享内存访问上的兼容性问题。
3.2对同一共享内存的连接数限制
在HP-UX上，应用进程对同一个共享内存区的连接次数被限制为最多1次；区别于上面第3节所介绍的AIX上的连接数限制，HP-UX并未对指向不同共享内存区的连接数设置上限，也就是说，运行在HP-UX上的应用进程可以同时连接很多个不同的共享内存区，但对于同一个共享内存区，最多只允许连接1次；否则，shmat调用将失败，返回错误码EINVAL，在shmat的man帮助中，对该错误码有下列解释：
shmidisnotavalidsharedmemoryidentifier,（possiblybecausethesharedmemorysegmentwasalreadyremovedusingshmctl
（2）withIPC_RMID）,orthecallingprocessisalreadyattachedtoshmid.
这个限制会对多线程应用带来无法避免的问题，只要一个应用进程中有超过1个以上的线程企图连接同一个共享内存区，则都将以失败而告终。
解决这个问题，需要修改应用程序设计，使应用进程具备对同一共享内存的多线程访问能力。
相对于前述问题的解决方法，解决这个问题的方法要复杂一些。
作为可供参考的方法之一，以下介绍的逻辑可以很好地解决这个问题：
基本思路是，对于每一个共享内存区，应用进程首次连接上之后，将其键值（ftok的返回值）、系统标识符（shmid，shmget调用的返回值）和访问地址（即shmat调用的返回值）保存下来，以这个进程的全局数组或者链表的形式留下记录。
在任何对共享内存的连接操作之前，程序都将先行检索这个记录列表，根据键值和标志符去匹配希望访问的共享内存，如果找到匹配记录，则从记录中直接读取访问地址，而无需再次调用shmat函数，从而解决这一问题；如果没有找到匹配目标，则调用shmat建立连接，并且为新连接上来的共享内存添加一个新记录。
记录条目的数据结构，可定义为如下形式：
typedefstruct_Shared_Memory_Record
{
key_t mem_key; //keygeneratedbyftok（）
int mem_id; //idreturnedbyshmget（）
void* mem_addr; //accessaddressreturnedbyshmat（）
int nattach; //timesofattachment
}Shared_
4）Solaris中的shmdt函数原型问题
Solaris系统中的shmdt调用，在原型上与SystemV标准有所不同，
Default
intshmdt（char*shmaddr）;
即形参shmaddr的数据类型在Solaris上是char*，而SystemV定义的是void*类型；实际上Solaris上shmdt调用遵循的函数原型规范是SVID-v4之前的标准；以Linux系统为例，libc4和libc5采用的是char*类型的形参，而遵循SVID-v4及后续标准的glibc2及其更新版本，均改为采用void*类型的形参。
如果仍在代码中采用SystemV的标准原型，就会在Solaris上编译代码时造成编译错误；比如：
Error:
Formalargument1oftypechar*incalltoshmdt（char*）
isbeingpassedvoid*.
解决方法是，引入一个条件编译宏，在编译平台是Solaris时，采用char*类型的形参，而对其它平台，均仍采用SystemV标准的void*类型形参，比如：
#ifdef_SOLARIS_SHARED_MEMORY
shmdt（（char*）mem_addr）;
#else
shmdt（（void*）mem_addr）;
#endif
5）通过shmctl删除共享内存的风险
如果共享内存已经与所有访问它的进程断开了连接，则调用IPC_RMID子命令后，系统将立即删除共享内存的标识符，并删除该共享内存区，以及所有相关的数据结构；
如果仍有别的进程与该共享内存保持连接，则调用IPC_RMID子命令后，该共享内存并不会被立即从系统中删除，而是被设置为IPC_PRIVATE状态，并被标记为"已被删除"；直到已有连接全部断开，该共享内存才会最终从系统中消失。
需要说明的是：
一旦通过shmctl对共享内存进行了删除操作，则该共享内存将不能再接受任何新的连接，即使它依然存在于系统中！
所以，可以确知，在对共享内存删除之后不可能再有新的连接，则执行删除操作是安全的；否则，在删除操作之后如仍有新的连接发生，则这些连接都将失败！
补充:
共享内存（SharedMemory）
共享内存区域是被多个进程共享的一部分物理内存。
如果多个进程都把该内存区域映射到自己的虚拟地址空间，则这些进程就都可以直接访问该共享内存区域，从而可以通过该区域进行通信。
共享内存是进程间共享数据的一种最快的方法，一个进程向共享内存区域写入了数据，共享这个内存区域的所有进程就可以立刻看到其中的内容。
这块
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