共享内存可以说是最有用的进程间通信方式Word文件下载.docx

1、linux发行版本如Redhat 8.0支持mmap（）系统调用及系统V共享内存，但还没实现Posix共享内存，本文将主要介绍mmap（）系统调用及系统V共享内存API的原理及应用。一、内核怎样保证各个进程寻址到同一个共享内存区域的内存页面1、page cache及swap cache中页面的区分：一个被访问文件的物理页面都驻留在page cache或swap cache中，一个页面的所有信息由struct page来描述。struct page中有一个域为指针mapping ，它指向一个struct address_space类型结构。page cache或swap cache中的所有页面就

2、是根据address_space结构以及一个偏移量来区分的。2、文件与address_space结构的对应：一个具体的文件在打开后，内核会在内存中为之建立一个struct inode结构，其中的i_mapping域指向一个address_space结构。这样，一个文件就对应一个address_space结构，一个address_space与一个偏移量能够确定一个page cache 或swap cache中的一个页面。因此，当要寻址某个数据时，很容易根据给定的文件及数据在文件内的偏移量而找到相应的页面。3、进程调用mmap（）时，只是在进程空间内新增了一块相应大小的缓冲区，并设置了相应的访问标

3、识，但并没有建立进程空间到物理页面的映射。因此，第一次访问该空间时，会引发一个缺页异常。4、对于共享内存映射情况，缺页异常处理程序首先在swap cache中寻找目标页（符合address_space以及偏移量的物理页），如果找到，则直接返回地址；如果没有找到，则判断该页是否在交换区（swap area），如果在，则执行一个换入操作；如果上述两种情况都不满足，处理程序将分配新的物理页面，并把它插入到page cache中。进程最终将更新进程页表。注：对于映射普通文件情况（非共享映射），缺页异常处理程序首先会在page cache中根据address_space以及数据偏移量寻找相应的页面。如果

4、没有找到，则说明文件数据还没有读入内存，处理程序会从磁盘读入相应的页面，并返回相应地址，同时，进程页表也会更新。5、所有进程在映射同一个共享内存区域时，情况都一样，在建立线性地址与物理地址之间的映射之后，不论进程各自的返回地址如何，实际访问的必然是同一个共享内存区域对应的物理页面。一个共享内存区域可以看作是特殊文件系统shm中的一个文件，shm的安装点在交换区上。上面涉及到了一些数据结构，围绕数据结构理解问题会容易一些。二、mmap（）及其相关系统调用mmap（）系统调用使得进程之间通过映射同一个普通文件实现共享内存。普通文件被映射到进程地址空间后，进程可以向访问普通内存一样对文件进行访问，不

5、必再调用read（），write（）等操作。实际上，mmap（）系统调用并不是完全为了用于共享内存而设计的。它本身提供了不同于一般对普通文件的访问方式，进程可以像读写内存一样对普通文件的操作。而Posix或系统V的共享内存IPC则纯粹用于共享目的，当然mmap（）实现共享内存也是其主要应用之一。1、mmap（）系统调用形式如下：函数原型：void* mmap （ void * addr , size_t len , int prot , int flags , int fd , off_t offset ）参数：addr指定文件应被映射到进程空间的起始地址（一般被指定一个空指针，此时选择起始地

6、址的任务留给内核来完成）；len是映射到调用进程地址空间的字节数，它从被映射文件开头offset个字节开始算起；prot 参数指定共享内存的访问权限。可取如下几个值的或：PROT_READ（可读） , PROT_WRITE （可写）, PROT_EXEC （可执行）, PROT_NONE（不可访问）；flags由以下几个常值指定：MAP_SHARED , MAP_PRIVATE , MAP_FIXED，其中，MAP_SHARED , MAP_PRIVATE必选其一，而MAP_FIXED则不推荐使用。fd为即将映射到进程空间的文件描述字，一般由open（）返回，同时，fd可以指定为-1，此时须指

7、定flags参数中的MAP_ANON，表明进行的是匿名映射（不涉及具体的文件名，避免了文件的创建及打开，很显然只能用于具有亲缘关系的进程间通信）;offset参数一般设为0，表示从文件头开始offset处开始映射；返回值：如果调用成功，则返回文件映射到进程空间的地址，进程可直接操作起始地址为该值的有效地址；如果调用失败，则返回MAP_FAILED（即（void *）=-1 ），并设置相应的errno；2、系统调用mmap（）用于共享内存的两种方式：包含头文件：#include （1）使用普通文件提供的内存映射（适用于任何进程之间）：注意：需要打开或创建一个文件，然后再调用mmap（）；典型调用

8、代码如下：cpp view plaincopy /调用open（），以获取文件描述符 fd=open（name, flag, mode）; if（fd0） . /将打开的文件映射到进程空间中 ptr=mmap（NULL, len , PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED , fd , 0）;通过mmap（）实现共享内存的通信方式有许多特点和要注意的地方，我们将在范例中进行具体说明。（2）使用特殊文件提供匿名内存映射（适用于具有亲缘关系的进程之间）由于父子进程特殊的亲缘关系，在父进程中先调用mmap（），然后调用fork（）。那么在调用fork（）之后，子进程继承父进

9、程匿名映射后的地址空间，同样也继承mmap（）返回的地址，这样，父子进程就可以通过映射区域进行通信了。这里不是一般的继承关系。一般来说，子进程单独维护从父进程继承下来的一些变量。而mmap（）返回的地址，则由父子进程共同维护。对于具有亲缘关系的进程实现共享内存最好的方式应该是采用匿名内存映射的方式。此时，不必指定具体的文件，只要设置相应的标志即可。3、系统调用munmap（）该调用在进程地址空间中解除一个映射关系int munmap（ void * addr, size_t len ）addr是调用mmap（）时返回的地址；len是映射区的大小。成功则返回0；失败则返回-1，并设置相应的err

10、no（很有可能为EINVAL）当映射关系解除后，对原来映射地址的访问将导致段错误发生。4、系统调用msync（）刷新进程对共享内容的改变到文件中；int msync （ void * addr , size_t len, int flags）len是映射区的大小；flags可以取值为MS_ASYNC/ MS_SYNC/ MS_INVALIDATE，但不能同时为MS_ASYNC和MS_SYNC其中，取值为MS_ASYNC（异步）时，调用会立即返回；取值为MS_SYNC（同步）时，调用会等到更新结束之后返回；取MS_INVALIDATE（通知使用该共享区域的进程，数据已经改变）时，在共享内容更改之

11、后，使得文件的其他映射失效，从而使得共享该文件的其他进程去重新获取最新值；简而言之，就是MS_ASYNC和MS_SYNC是负责与磁盘文件的更新的，而MS_INVALIDATE是负责与其他共享该块内存的进程的同步的；一般说来，进程在映射空间的对共享内容的改变并不直接写回到磁盘文件中，往往在调用munmap（）后才执行该操作。可以通过调用msync（）实现磁盘上文件内容与共享内存区的内容一致。三、mmap（）范例下面将给出使用mmap（）的两个范例：范例1给出两个进程通过映射普通文件实现共享内存通信；范例2给出父子进程通过匿名映射实现共享内存。系统调用mmap（）有许多有趣的地方，下面是通过mma

12、p（）映射普通文件实现进程间的通信的范例，我们通过该范例来说明mmap（）实现共享内存的特点及注意事项。范例1：两个进程通过映射普通文件实现共享内存通信范例1包含两个子程序：map_normalfile1.c及map_normalfile2.c。编译两个程序，可执行文件分别为map_normalfile1及map_normalfile2。两个程序通过命令行参数指定同一个文件来实现共享内存方式的进程间通信。map_normalfile2试图打开命令行参数指定的一个普通文件，把该文件映射到进程的地址空间，并对映射后的地址空间进行写操作；map_normalfile1把命令行参数指定的文件映射到进程

13、地址空间，然后对映射后的地址空间执行读操作；这样，两个进程通过命令行参数指定同一个文件来实现共享内存方式的进程间通信。下面是两个程序代码： /*-map_normalfile1.c-*/ #include fcntl.hunistd.hstdio.hstdlib.hstring.h typedef struct char name4; int age; people; int main（int argc, char* argv） / map a normal file as shared mem: char fileName32=0; strcpy（fileName, stuy1001593/temt）; /创建一个文件，并打开 int file_fd=open（fileName,O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC）; if（file_fd=-1） printf（创建并打开文件失败n exit（-1）;