前面已经介绍过了POSIX共享内存区，System V共享内存区在概念上类似POSIX共享内存区，POSIX共享内存区的使用是调用shm_open创建共享内存区后调用mmap进行内存区的映射，而System V共享内存区则是调用shmget创建共享内存区然后调用shmat进行内存区的映射。

对每个System V共享内存区，内核会维护一个shmid_ds的数据结构，Linux 2.6.18 中的定义如下：

 

     
      /* 连接共享内存区的进程数的数据类型 */typedef unsigned long int shmatt_t;struct shmid_ds{    struct ipc_perm shm_perm;           /* operation permission struct */    size_t shm_segsz;                   /* 共享存储段的最大字节数 */    __time_t shm_atime;                 /* time of last shmat() */    __time_t shm_dtime;                 /* time of last shmdt() */    __time_t shm_ctime;                 /* time of last change by shmctl() */    __pid_t shm_cpid;                   /* pid of creator */    __pid_t shm_lpid;                   /* pid of last shmop */    shmatt_t shm_nattch;                /* 连接共享内存区的进程数 *///保留字段#if __WORDSIZE == 32    unsigned long int __unused1;	unsigned long int __unused2;	unsigned long int __unused3;#endif    unsigned long int __unused4;    unsigned long int __unused5;};
     

 

1 System V共享内存区的创建和打开

下面是shmget函数的接口以及说明：

 

#include 
     
      int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);                     //成功返回共享内存标识符，失败返回-1
     

 

shmget函数用于创建或打开一个共享内存区对象，shmget成功调用会返回一个共享内存区的标识符，供其它的共享内存区操作函数使用。

key：用于创建共享内存区的键值，这个在前面其他System IPC创建的时候已经讨论过了，System IPC都有一个key，作为IPC的外部标识符，创建成功后返回的描述符作为IPC的内部标识符使用。key的主要目的就是使不同进程在同一IPC汇合。key具体说可以有三种方式生成：

• 不同的进程约定好的一个值；
• 通过相同的路径名和项目ID，调用ftok()函数，生成一个键；
• 还可以设置为IPC_PRIVATE，这样就会创建一个新的，唯一的IPC对象；然后将返回的描述符通过某种方式传递给其他进程；

size：指定创建共享内存区的大小，单位是字节。如果实际操作为创建一个共享内存区时，必须指定一个非0值，如果实际操作是访问一个已存在的共享内存区，那么size应为0。

shmflg：指定创建或打开消息队列的标志和读写权限（ipc_perm中的mode成员）。我们知道System V IPC定义了自己的操作标志和权限设置标志，而且都是通过该参数传递，这和open函数存在差别，open函数第三个参数mode用于传递文件的权限标志。System V IPC的操作标志包含：IPC_CREAT，IPC_EXCL。读写权限如下图：

图1 System V共享内存区的读写权限标志

System V共享内存区在创建后，该size大小的内存区会被初始化为0，这和POSIX共享内存不同，POSIX标准并没有规定新创建的POSIX共享内存区的初始内容。

2 System V共享内存区的连接和断接

通过shmctl创建或打开共享内存区对象后，并没有将该共享内存区映射到调用进程的地址空间中，所以无法访问该共享内存区，需要通过shmat函数，将该共享内存区连接到调用进程的地址空间中，才能进行访问，当该进程完成对该共享内存区的访问后，可以调用shmdt断接这个共享内存区，当然进程结束后会自动断接所有连接的共享内存区。下面是shmat和shmdt函数的接口以及说明：

 

#include 
     
      void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);                        //成功返回映射区的起始地址，失败返回-1int shmdt(const void *shmaddr);                        //成功返回0，失败返回-1
     

 

shmat用于将一个共享内存区连接到调用进程的地址空间中。

shmid：打开的System V共享内存对象的标识符；

shmaddr和shmflg参数共同决定了共享内存区连接到调用进程的具体地址，规则如下：

• shmaddr为空指针：连接的地址由系统内核决定，这是推荐的方法，具有可移植性。
• shmaddr非空：此时还要根据shmflg参数是否指定SHM_RND标志进行判断：
  • 没有指定SHM_RND：共享内存区连接到调用进程的shmaddr指定的地址；
  • 指定SHM_RND：共享内存区连接到shmaddr指定的地址向下舍入SHMLBA的位置。

shmflg：除了上面说的SHM_RND外，还有可以指定SHM_RDONLY标志，限定只读访问。一般该标志置为0。

shmdt用于将一个共享内存区从该进程内断接，当一个进程终止时，它连接的所有共享内存区会自动断接。

3 System V共享内存区的控制操作

shmctl函数可以对共享内存区进行多种控制操作，下面是shmctl函数的接口以及说明：

 

#include 
     
      int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);                     //成功返回0，失败返回-1
     

 

shmid：共享内存区的标识符。

cmd：对共享内存区控制操作的命令，Open Group 的SUS定义了一下三个操作命令：

• IPC_SET：按第三个参数buf所指定的内容，设置共享内存区的操作权限字段的：shm_perm.uid，shm_perm.gid和shm_perm.mode。此命令只能由以下进程执行：有效用户ID等于shm_perm.uid或shm_perm.cuid，以及有超级用户权限的进程。
• IPC_STAT：获取共享内存区的shmid_ds结构，存放到传入的第三个参数中。
• IPC_RMID：从系统内核中删除该共享内存区。因为每个共享内存区有一个连接数据的计数，除非连接该共享内存区的最后一个进程断接或终止，否则该共享内存区不会被实际删除。这和其他的System V IPC，例如System V消息队列的删除差别很大，倒是和POSIX IPC的xxx_unlink删除操作很相识。调用该命令后，该共享内存区标识符不能再继续被连接。此命令也只能由以下进程执行：有效用户ID等于shm_perm.uid或shm_perm.cuid，以及有超级用户权限的进程。

在Linux中还定义了其他的控制命令，如：IPC_INFO，SHM_INFO，SHM_LOCK，SHM_UNLOCK等，具体可以参考Linux手册。

下面是创建System V共享内存区和查看其属性的测试代码：

 

#include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        #include 
        
         #include 
         
          #include 
          
           using namespace std;#define PATH_NAME "/tmp/shm"int main(){ int fd; if ((fd = open(PATH_NAME, O_CREAT, 0666)) < 0) { cout<<"open file "<
           
            <<"failed."; cout<
            
             <
            
           
          
         
        
       
      
     

 

执行结果如下：

 

shm key:0x80e7shm id:5898284shm_segsz:4		//共享内存区的大小shm_nattch:0	//共享内存区的连接数目

 

通过ipcs命令查看该新创建的共享内存区对象：

 

[root@idcserver program]# ipcs -m -i 5898284Shared memory Segment shmid=5898284uid=0   gid=0   cuid=0  cgid=0mode=0666       access_perms=0666bytes=4 lpid=0  cpid=16422      nattch=0att_time=Not set                   det_time=Not set                   change_time=Tue Aug 13 15:34:35 2013

 

4 System V共享内存区的限制

和其中的System V IPC一样，System V共享内存也存在系统的限制，关于系统范围内对共享内存的限制，在Linux 2.6.18 <bits/shm.h>中定义了shminfo结构，该结构显示了系统内核的限制，如下：

 

#include 
     
      struct  shminfo{    unsigned long int shmmax;	//一个共享内存区的最大字节数    unsigned long int shmmin;	//一个共享内存区的最小字节数    unsigned long int shmmni;	//系统范围内的共享内存区对象的最大个数    unsigned long int shmseg;	//每个进程连接的最大共享内存区的数目    unsigned long int shmall;	//系统范围内的共享内存区的最大页数    unsigned long int __unused1;    unsigned long int __unused2;    unsigned long int __unused3;    unsigned long int __unused4;};
     

 

在Linux 下shmctl中可以指定IPC_INFO来获取上面结构所示的系统范围内的限制。在Linux下，具体的限制值可以通过sysctl来查看，如下：

 

[root@idcserver program]# sysctl -a | grep shm...kernel.shmmni = 4096			//系统范围内的共享内存区对象的最大个数kernel.shmall = 4294967296		//系统范围内的共享内存区的最大页数kernel.shmmax = 68719476736		//一个共享内存区的最大字节数

 

一般情况下不需要对System V共享内存区的系统限制进程修改，因为基本可以满足应用需求，如果要在系统范围内对内核限制进行修改，在Linux下面可以通过修改/etc/sysctl.conf 内核参数配置文件，然后配合sysctl命令来对内核参数进行设置。例如下面示例：

 

[root@idcserver program]#echo "kernel.shmmni= 1000" >>/etc/sysctl.conf[root@idcserver program]#sysctl -p[root@idcserver program]#sysctl -a |grep shmkernel.shmmni = 1000kernel.shmall = 4294967296kernel.shmmax = 68719476736

 

5 System V共享内存区的使用

下面是System V共享内存区的使用示例，进程1通过共享内存区向进程2发送一条消息，对共享内存区的同步采用System V信号量来完成。如下：

 

//process 1#include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        #include 
        
         #include 
         
          #include 
          
           #include 
           
            using namespace std;#define PATH_NAME "/tmp/shm"union semun { int val; struct semid_ds *buf; unsigned short int *array; struct seminfo *__buf; }; int main(){ int fd; if ((fd = open(PATH_NAME, O_RDONLY | O_CREAT, 0666)) < 0) { cout<<"open file "<
            
             <<"failed."; cout<
             
              <
              
               #include 
               
                #include 
                
                 #include 
                 
                  #include 
                  
                   #include 
                   
                    #include 
                    
                     using namespace std;#define PATH_NAME "/tmp/shm"union semun { int val; struct semid_ds *buf; unsigned short int *array; struct seminfo *__buf; }; int main(){ int fd; if ((fd = open(PATH_NAME, O_RDONLY)) < 0) { cout<<"open file "<
                     
                      <<"failed."; cout<
                      
                       <
                      
                     
                    
                   
                  
                 
                
               
              
             
            
           
          
         
        
       
      
     

 

测试结果为：

 

# ./send process 1:send 111# ./recv process 2:recv 111

 

Aug, 13 PM 22:18 @lab

今天貌似是个悲伤的日子。。。你们都在那啪啪啪，我们只能在这撸呀撸。。。实验室今天还一起吃饭，好久没喝酒，喝了不到两瓶啤的就晕了，哎，老了。。。15号就要放假了，好好看书，准备找工作了。。。