共享內(nèi)存區(qū)域是被多個(gè)進(jìn)程共享的一部分物理內(nèi)存。如果多個(gè)進(jìn)程都把該內(nèi)存區(qū)域映射到自己的虛擬地址空間，則這些進(jìn)程就都可以直接訪問該共享內(nèi)存區(qū)域，從而可以通過該區(qū)域進(jìn)行通信。共享內(nèi)存是進(jìn)程間共享數(shù)據(jù)的一種最快的方法，一個(gè)進(jìn)程向共享內(nèi)存區(qū)域?qū)懭肓藬?shù)據(jù)，共享這個(gè)內(nèi)存區(qū)域的所有進(jìn)程就可以立刻看到其中的內(nèi)容。這塊共享虛擬內(nèi)存的頁面，出現(xiàn)在每一個(gè)共享該頁面的進(jìn)程的頁表中。但是它不需要在所有進(jìn)程的虛擬內(nèi)存中都有相同的虛擬地址。?

?????????象所有的 System V IPC對象一樣，對于共享內(nèi)存對象的獲取是由key控制。內(nèi)存共享之后，對進(jìn)程如何使用這塊內(nèi)存就不再做檢查。它們必須依賴于其它機(jī)制，比如System V的信號(hào)燈來同步對于共享內(nèi)存區(qū)域的訪問(信號(hào)燈如何控制對臨界代碼的訪問另起一篇說話)。
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????????每一個(gè)新創(chuàng)建的共享內(nèi)存對象都用一個(gè)shmid_kernel數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表達(dá)。系統(tǒng)中所有的shmid_kernel數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都保存在shm_segs向量表中，該向量表的每一個(gè)元素都是一個(gè)指向shmid_kernel數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針。
shm_segs向量表的定義如下：
struct shmid_kernel *shm_segs[SHMMNI];
?
??? SHMMNI為128，表示系統(tǒng)中最多可以有128個(gè)共享內(nèi)存對象。
?
??? 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)shmid_kernel的定義如下：
????struct shmid_kernel
????{????
????????struct shmid_ds u;????????
????????unsigned long shm_npages;?
????????unsigned long *shm_pages;? ?
????????struct vm_area_struct *attaches;?
????};
?
??? 其中：
????shm_pages代表該共享內(nèi)存對象的所占據(jù)的內(nèi)存頁面數(shù)組，數(shù)組里面的每個(gè)元素當(dāng)然是每個(gè)內(nèi)存頁面的起始地址.
??? shm_npages則是該共享內(nèi)存對象占用內(nèi)存頁面的個(gè)數(shù)，以頁為單位。這個(gè)數(shù)量當(dāng)然涵蓋了申請空間的最小整數(shù)倍.
??? ?(A new shared memory segment,? with size? equal to the value of size rounded up to a multiple of PAGE_SIZE)
??? shmid_ds是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它描述了這個(gè)共享內(nèi)存區(qū)的認(rèn)證信息，字節(jié)大小，最后一次粘附時(shí)間、分離時(shí)間、改變時(shí)間，創(chuàng)建該共享區(qū)域的進(jìn)程，最后一次對它操作的進(jìn)程，當(dāng)前有多少個(gè)進(jìn)程在使用它等信息。
????其定義如下：
????struct shmid_ds {
????????struct ipc_perm shm_perm;??
????????int shm_segsz;?????????????
????????__kernel_time_t shm_atime;?
????????__kernel_time_t shm_dtime;?
????????__kernel_time_t shm_ctime;?
????????__kernel_ipc_pid_t shm_cpid;
????????__kernel_ipc_pid_t shm_lpid;
????????unsigned short shm_nattch;??
????????unsigned short shm_unused;??
????????void *shm_unused2;??????????
????????void *shm_unused3;??????????
????};
?
??????? attaches描述被共享的物理內(nèi)存對象所映射的各進(jìn)程的虛擬內(nèi)存區(qū)域。每一個(gè)希望共享這塊內(nèi)存的進(jìn)程都必須通過系統(tǒng)調(diào)用將其關(guān)聯(lián)（attach）到它的虛擬內(nèi)存中。這一過程將為該進(jìn)程創(chuàng)建了一個(gè)新的描述這塊共享內(nèi)存的vm_area_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。創(chuàng)建時(shí)可以指定共享內(nèi)存在它的虛擬地址空間的位置，也可以讓Linux自己為它選擇一塊足夠的空閑區(qū)域。
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????????這個(gè)新的vm_area_struct結(jié)構(gòu)是維系共享內(nèi)存和使用它的進(jìn)程之間的關(guān)系的,所以除了要關(guān)聯(lián)進(jìn)程信息外，還要指明這個(gè)共享內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)shmid_kernel所在位置; 另外,便于管理這些經(jīng)常變化的vm_area_struct,所以采取了鏈表形式組織這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),鏈表由attaches指向,同時(shí) vm_area_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中專門提供了兩個(gè)指針：vm_next_shared和 vm_prev_shared，用于連接該共享區(qū)域在使用它的各進(jìn)程中所對應(yīng)的vm_area_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。?
?????????????Linux為共享內(nèi)存提供了四種操作。
????????1. 共享內(nèi)存對象的創(chuàng)建或獲得。與其它兩種IPC機(jī)制一樣，進(jìn)程在使用共享內(nèi)存區(qū)域以前，必須通過系統(tǒng)調(diào)用sys_ipc （call值為SHMGET）創(chuàng)建一個(gè)鍵值為key的共享內(nèi)存對象，或獲得已經(jīng)存在的鍵值為key的某共享內(nèi)存對象的引用標(biāo)識(shí)符。以后對共享內(nèi)存對象的訪問都通過該引用標(biāo)識(shí)符進(jìn)行。對共享內(nèi)存對象的創(chuàng)建或獲得由函數(shù)sys_shmget完成，其定義如下：
int sys_shmget (key_t key, int size, int shmflg)
?
??? 這里key是表示該共享內(nèi)存對象的鍵值，size是該共享內(nèi)存區(qū)域的大小（以字節(jié)為單位），shmflg是標(biāo)志（對該共享內(nèi)存對象的特殊要求）。
?
??? 它所做的工作如下：
??? 1) 如果key == IPC_PRIVATE，則總是會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的共享內(nèi)存對象。
? 但是? (The name choice IPC_PRIVATE was perhaps unfortunate, IPC_NEW would more?clearly show its function)
??? * 算出size要占用的頁數(shù)，檢查其合法性。
??? * 申請一塊內(nèi)存用于建立shmid_kernel數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，注意這里申請的內(nèi)存區(qū)域大小不包括真正的共享內(nèi)存區(qū)，實(shí)際上，要等到第一個(gè)進(jìn)程試圖訪問它的時(shí)候才真正創(chuàng)建共享內(nèi)存區(qū)。
??? * 根據(jù)該共享內(nèi)存區(qū)所占用的頁數(shù)，為其申請一塊空間用于建立頁表（每頁4個(gè)字節(jié)），將頁表清0。
??? * 搜索向量表shm_segs，為新創(chuàng)建的共享內(nèi)存對象找一個(gè)空位置。
??? * 填寫shmid_kernel數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將其加入到向量表shm_segs中為其找到的空位置。
??? * 返回該共享內(nèi)存對象的引用標(biāo)識(shí)符。
?
??? 2) 在向量表shm_segs中查找鍵值為key的共享內(nèi)存對象，結(jié)果有三：
??? * 如果沒有找到，而且在操作標(biāo)志shmflg中沒有指明要?jiǎng)?chuàng)建新共享內(nèi)存，則錯(cuò)誤返回，否則創(chuàng)建一個(gè)新的共享內(nèi)存對象。
??? * 如果找到了，但該次操作要求必須創(chuàng)建一個(gè)鍵值為key的新對象，那么錯(cuò)誤返回。
??? * 否則，合法性、認(rèn)證檢查，如有錯(cuò)，則錯(cuò)誤返回；否則，返回該內(nèi)存對象的引用標(biāo)識(shí)符。
?
??? 共享內(nèi)存對象的創(chuàng)建者可以控制對于這塊內(nèi)存的訪問權(quán)限和它的key是公開還是私有。如果有足夠的權(quán)限，它也可以把共享內(nèi)存鎖定在物理內(nèi)存中。
??? 參見include/linux/shm.h
?
??? 2. 關(guān)聯(lián)。在創(chuàng)建或獲得某個(gè)共享內(nèi)存區(qū)域的引用標(biāo)識(shí)符后，還必須將共享內(nèi)存區(qū)域映射（粘附）到進(jìn)程的虛擬地址空間，然后才能使用該共享內(nèi)存區(qū)域。系統(tǒng)調(diào)用 sys_ipc（call值為SHMAT）用于共享內(nèi)存區(qū)到進(jìn)程虛擬地址空間的映射，而真正完成粘附動(dòng)作的是函數(shù)sys_shmat，
?
其定義如下：???

???????#include <sys/types.h>
?????? #include <sys/shm.h>

?????? void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

?
??? 其中：
???? shmid是shmget返回的共享內(nèi)存對象的引用標(biāo)識(shí)符；
??? shmaddr用來指定該共享內(nèi)存區(qū)域在進(jìn)程的虛擬地址空間對應(yīng)的虛擬地址；
??? shmflg是映射標(biāo)志；
????返回的是在進(jìn)程中的虛擬地址
?
??? 該函數(shù)所做的工作如下：
??? 1) 根據(jù)shmid找到共享內(nèi)存對象。
??? 2) 如果shmaddr為0，即用戶沒有指定該共享內(nèi)存區(qū)域在它的虛擬空間中的位置，則由系統(tǒng)在進(jìn)程的虛擬地址空間中為其找一塊區(qū)域（從1G開始）；否則，就用shmaddr作為映射的虛擬地址。
?? (If? shmaddr? is NULL, the system chooses a suitable (unused) address a他 which to attach the segment)
??? 3) 檢查虛擬地址的合法性（不能超過進(jìn)程的最大虛擬空間大小—3G，不能太接近堆棧棧頂）。
??? 4) 認(rèn)證檢查。
??? 5) 申請一塊內(nèi)存用于建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)vm_area_struct，填寫該結(jié)構(gòu)。
??? 6) 檢查該內(nèi)存區(qū)域，將其加入到進(jìn)程的mm結(jié)構(gòu)和該共享內(nèi)存對象的vm_area_struct隊(duì)列中。
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??? 共享內(nèi)存的粘附只是創(chuàng)建一個(gè)vm_area_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并將其加入到相應(yīng)的隊(duì)列中，此時(shí)并沒有創(chuàng)建真正的共享內(nèi)存頁。
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??? 當(dāng)進(jìn)程第一次訪問共享虛擬內(nèi)存的某頁時(shí)，因?yàn)樗械墓蚕韮?nèi)存頁還都沒有分配，所以會(huì)發(fā)生一個(gè)page fault異常。當(dāng)Linux處理這個(gè)page fault的時(shí)候，它找到發(fā)生異常的虛擬地址所在的vm_area_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包含有這類共享虛擬內(nèi)存的一組處理程序，其中的 nopage操作用來處理虛擬頁對應(yīng)的物理頁不存在的情況。對共享內(nèi)存，該操作是shm_nopage（定義在ipc/shm.c中）。該操作在描述這個(gè)共享內(nèi)存的shmid_kernel數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頁表shm_pages中查找發(fā)生page fault異常的虛擬地址所對應(yīng)的頁表?xiàng)l目，看共享頁是否存在（頁表?xiàng)l目為0，表示共享頁是第一次使用）。如果不存在，它就分配一個(gè)物理頁，并為它創(chuàng)建一個(gè)頁表?xiàng)l目。這個(gè)條目不但進(jìn)入當(dāng)前進(jìn)程的頁表，同時(shí)也存到shmid_kernel數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頁表shm_pages中。
?
??? 當(dāng)下一個(gè)進(jìn)程試圖訪問這塊內(nèi)存并得到一個(gè)page fault的時(shí)候，經(jīng)過同樣的路徑，也會(huì)走到函數(shù)shm_nopage。此時(shí)，該函數(shù)查看shmid_kernel數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頁表shm_pages時(shí)，發(fā)現(xiàn)共享頁已經(jīng)存在，它只需把這里的頁表項(xiàng)填到進(jìn)程頁表的相應(yīng)位置即可，而不需要重新創(chuàng)建物理頁。所以，是第一個(gè)訪問共享內(nèi)存頁的進(jìn)程使得這一頁被創(chuàng)建，而隨后訪問它的其它進(jìn)程僅把此頁加到它們的虛擬地址空間。
?
??? 3. 分離。當(dāng)進(jìn)程不再需要共享虛擬內(nèi)存的時(shí)候，它們與之分離（detach）。只要仍舊有其它進(jìn)程在使用這塊內(nèi)存，這種分離就只會(huì)影響當(dāng)前的進(jìn)程，而不會(huì)影響其它進(jìn)程。當(dāng)前進(jìn)程的vm_area_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被從shmid_ds中刪除，并被釋放。當(dāng)前進(jìn)程的頁表也被更新，共享內(nèi)存對應(yīng)的虛擬內(nèi)存頁被標(biāo)記為無效。當(dāng)共享這塊內(nèi)存的最后一個(gè)進(jìn)程與之分離時(shí)，共享內(nèi)存頁被釋放，同時(shí)，這塊共享內(nèi)存的shmid_kernel數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也被釋放。
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? 系統(tǒng)調(diào)用sys_ipc (call值為SHMDT) 用于共享內(nèi)存區(qū)與進(jìn)程虛擬地址空間的分離，而真正完成分離動(dòng)作的是函數(shù) ????

??? sys_shmdt，其定義如下：
??? int sys_shmdt (char *shmaddr)
?
??? 其中shmaddr是進(jìn)程要分離的共享頁的開始虛擬地址。
?
??? 該函數(shù)搜索進(jìn)程的內(nèi)存結(jié)構(gòu)中的所有vm_area_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，找到地址shmaddr對應(yīng)的一個(gè)，調(diào)用函數(shù)do_munmap將其釋放。
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??? 在函數(shù)do_munmap中，將要釋放的vm_area_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從進(jìn)程的虛擬內(nèi)存中摘下，清除它在進(jìn)程頁表中對應(yīng)的頁表項(xiàng)（可能占多個(gè)頁表項(xiàng)）.?
??
??? 如果共享的虛擬內(nèi)存沒有被鎖定在物理內(nèi)存中，分離會(huì)更加復(fù)雜。因?yàn)樵谶@種情況下，共享內(nèi)存的頁可能在系統(tǒng)大量使用內(nèi)存的時(shí)候被交換到系統(tǒng)的交換磁盤。為了避免這種情況，可以通過下面的控制操作，將某共享內(nèi)存頁鎖定在物理內(nèi)存不允許向外交換。共享內(nèi)存的換出和換入，已在第3章中討論。
?
??? 4. 控制。Linux在共享內(nèi)存上實(shí)現(xiàn)的第四種操作是共享內(nèi)存的控制（call值為SHMCTL的sys_ipc調(diào)用），它由函數(shù)sys_shmctl實(shí)現(xiàn)。控制操作包括獲得共享內(nèi)存對象的狀態(tài)，設(shè)置共享內(nèi)存對象的參數(shù)（如uid、gid、mode、ctime等），將共享內(nèi)存對象在內(nèi)存中鎖定和釋放（在對象的mode上增加或去除SHM_LOCKED標(biāo)志），釋放共享內(nèi)存對象資源等。
?
??? 共享內(nèi)存提供了一種快速靈活的機(jī)制，它允許進(jìn)程之間直接共享大量的數(shù)據(jù)，而無須使用拷貝或系統(tǒng)調(diào)用。共享內(nèi)存的主要局限性是它不能提供同步，如果兩個(gè)進(jìn)程企圖修改相同的共享內(nèi)存區(qū)域，由于內(nèi)核不能串行化這些動(dòng)作，因此寫的數(shù)據(jù)可能任意地互相混合。所以使用共享內(nèi)存的進(jìn)程必須設(shè)計(jì)它們自己的同步協(xié)議，如用信號(hào)燈等。

以下是使用共享內(nèi)存機(jī)制進(jìn)行進(jìn)程間通信的基本操作：

需要包含的頭文件：

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/shm.h>

1.創(chuàng)建共享內(nèi)存：

?int shmget(key_t key,int size,int shmflg);

參數(shù)說明：

key:用來表示新建或者已經(jīng)存在的共享內(nèi)存去的關(guān)鍵字。

size：創(chuàng)建共享內(nèi)存的大小。

shmflg：可以指定的特殊標(biāo)志。IPC_CREATE,IPC_EXCL以及低九位的權(quán)限。

eg：

int shmid;

shmid=shmget(IPC_PRIVATE,4096,IPC_CREATE|IPC_EXCL|0660);

if(shmid==-1)

perror("shmget()");

?

2.連接共享內(nèi)存

char *shmat(int shmid,char *shmaddr,int shmflg);

參數(shù)說明

shmid：共享內(nèi)存的關(guān)鍵字

shmaddr：指定共享內(nèi)存出現(xiàn)在進(jìn)程內(nèi)存地址的什么位置，通常我們讓內(nèi)核自己決定一個(gè)合適的地址位置，用的時(shí)候設(shè)為0。

shmflg：制定特殊的標(biāo)志位。

eg：

int shmid;

char *shmp;

shmp=shmat(shmid,0,0);

if(shmp==(char *)(-1))

perror("shmat()\n");

3.使用共享內(nèi)存

在使用共享內(nèi)存是需要注意的是，為防止內(nèi)存訪問沖突，我們一般與信號(hào)量結(jié)合使用。

4.分離共享內(nèi)存：當(dāng)程序不再需要共享內(nèi)后，我們需要將共享內(nèi)存分離以便對其進(jìn)行釋放，分離共享內(nèi)存的函數(shù)原形如下：

int shmdt(char *shmaddr);

?

5. 釋放共享內(nèi)存

int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf);

*****************示例**********************

int? ?*__accept_socketfd ;

?int shmid = shmget(SHAREMEMID,sizeof(int),IPC_CREAT|0666);?
?
?if (( __accept_socketfd = (int *)shmat(shmid,NULL,0 )) == (int *)-1 )
?{
??printf("Error:shmat\n");
??return;
?}
??? *__accept_socketfd = 0;

?

轉(zhuǎn)載自： http://www.cppblog.com/sleepwom/archive/2012/01/02/163452.html