【Linux 应用编程】进程管理 - 进程间通讯IPC之共享内存 mmap

IPC(InterProcess Communication,进程间通讯)是进程中的重要概念。Linux 进程之间经常使用的通讯方式有:web

  • 文件:简单,低效,须要代码控制同步
  • 管道:使用简单,默认阻塞
    • 匿名管道 pipe:只存在于内核缓冲区,只能用于有血缘关系的进程
    • 有名管道 FIFO:在文件系统中存在,可用于无血缘关系的进程
  • 信号量:使用复杂,但开销小,操做系统自己支持信号量
  • 内存映射区 mmap:进程有无血缘关系均可以
  • 本地套接字 socket:稳定可靠

共享内存

经过共享内存,两个不相干的进程可使用同一段逻辑内存。这块内存一般也是同一段物理内存。每一个进程都把这段共享内存链接到本身的地址空间中,直接访问。socket

共享内存是进程间传递数据的经常使用方式,很是高效。svg

共享内存的使用

POSIX 共享内存区的使用包含四个步骤:函数

  • 调用 shm_open 建立一个新的共享内存区对象(或打开一个以存在的共享内存区对象)
  • 调用 mmap 把这个共享内存区映射到调用进程的地址空间
  • 调用 munmap() 取消共享内存映射
  • 调用 shm_unlink()函数删除共享内存段

在编译 POSIX 共享内存应用程序时须要加上 -lrt 参数。spa

shm_open 函数

shm_open() 函数用来打开或者建立一个共享内存区,两个进程能够经过给 shm_open() 函数传递相同的名字以达到操做同一共享内存的目的。操作系统

新建的共享内存区大小默认为 0,须要使用 ftruncate 函数设置大小才能使用。code

函数原型:xml

#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);

返回值:
成功返回建立或打开的共享内存描述符(与文件描述符相同做用),失败返回-1。对象

参数:token

  • name:建立的共享内存的名称,其它进程能够根据这个名称来打开共享内存
  • oflag:如下值的或值:
    • O_RDONLY:共享内存以只读方式打开;
    • O_RDWR:共享内存以可读写方式打开;
    • O_CREAT:共享内存不存在才建立;
    • O_EXCL:若是指定了 O_CREAT,但共享内存已经存在时返回错误;
    • O_TRUNC:若是共享内存已存在则将大小设置为 0;
  • 参数 mode 只有指定 O_CREAT 才有效指出,指出共享内存的权限,与 open()函数
    相似。

ftruncate 函数

新建的共享内存默认大小为 0,须要设置共享内存大小。ftruncate()函数可用来调整文件或者共享内存的大小。

函数原型:

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int ftruncate(int fd, off_t length);

函数成功返回 0,失败返回-1。
参数:

  • fd:须要调整的共享内存或者文件
  • length:大小

mmap 函数

共享内存建立或打开后,是不能在进程内直接使用的。须要先映射到当前进程的地址空间。

函数原型:

#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);

参数:

  • addr:指向映射存储区的起始地址,一般将其设置为 NULL,这表示由系统选择该
    映射区的起始地址;
  • len:映射的字节数;
  • prot:对映射存储区的保护要求,对指定映射存储区的保护要求不能超过文件 open
    模式访问权限。它能够为如下值的或值:
    • PROT_READ:映射区可读);
    • PROT_WRITE:映射区可写;
    • PROT_EXEC:映射区可执行;
    • PROT_NONE:映射区不可访问。
  • flag:映射标志位,可为如下值的或值:
    • MAP_FIXED:返回值必须等于 addr。由于这不利于可移植性,因此不鼓励使用此标志;
    • MAP_SHARED:多个进程对同一个文件的映射是共享的,一个进程对映射的
      内存作了修改,另外一个进程也会看到这种变化;
      MAP_PRIVATE:多个进程对同一个文件的映射不是共享的,一个进程对映射
      的内存作了修改,另外一个进程并不会看到这种变化。
  • fd:要被映射的文件描述符或者共享内存描述符;
  • offset:要映射字节在文件中的起始偏移量。

munmap 函数

函数原型:

#include <sys/mman.h>
int munmap(void *addr, size_t length);

函数成功返回 0,不然返回-1;
参数:

  • addr 为 mmap()函数返回的地址
  • length 是映射的字节数。取消映射后再对映射地址访问会致使调用进程收到 SIGSEGV 信号。

shm_unlink 函数

函数原型:

#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int shm_unlink(const char *name);

函数成功返回 0,不然返回-1。

示例

两个没有血缘关系的进程,也可使用共享内存进行进程间通讯: