Linux进程通信——共享存储

共享内存是进程间通信最有用的方式,也是最快的IPC形式。共享内存是说:同一块内存被映射到多个进程的地址空间。但是共享内存并不提供同步机制,因此需要互斥锁或者信号量。使用共享内存唯一需要注意的是:当前如果有进程正在向共享内存写数据,则在写入完成以前,别的进程不应当去读、写共享内存。

共享内存最大的优点就是快。由system V演变而来的内存共享相关函数。目前Linux对system V的共享内存方式支持的比较好。在高版本的Linux内核上,我们有更多的方式来完成共享存储。嵌入式开发板搭载的低版本内核的Linux操作系统基本上都是不支持POSIX标准的内存共享的,只能使用system V的内存共享方式。system V是通过映射特殊文件系统shm中的文件实现内存共享的。通过shmget获得或者创建一个IPC共享内存,并返回这块内存相应的标识符。同时会初始化内核维护的一个数据结构shmid_kernel.当然还会在shm文件系统之中创建一个不属于任何进程的文件。shmid_kernel这个结构体之中的最重要的一个区域是shm_file。它存储被映射文件的地址。

跑题了,本文将介绍mmap存储映射的方式完成的进程间通信。一种方式是使用dev目录下的特殊文件zero。

该文件是一个字符设备文件,该设备是0字节的无限资源。1,5是该设备的主从设备号,不是大小。

zero接收写向他的任何数据,但是会忽略掉这些信息。当对zero进行存储映射的时候,它具备一下性质。

  1. 创建一个未命名的存储区,大小事mmap的第二个参数。
  2. 存储区被初始化为0。
  3. 如果多个进程的公共祖先对mmap指定了MAP_SHARED标志,则这些进程共享此存储区。

一个简单的例子如下。

#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    int num = 7777777;
    int fd = open("/dev/zero",O_RDWR);
    if (-1 == fd)
    {
        perror("open zero fail");
        exit(1);
    }
    
    int *p = mmap(0,sizeof(int),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
    if (MAP_FAILED == p)
    {
        perror("mmap fail");
        exit(1);
    }
    close(fd);
    pid_t pid = fork();
    if (0 == pid)
    {
        num = 233;
        *p = 666;
    }
    if (0 < pid)
    {
        wait(NULL);
        printf("*p = %d\n",*p);
        printf("num = %d\n",num);
    }
    if (-1 == pid)
    {
        perror("fork fail");
        exit(1);
    }
    return 0;
}

在子进程中更改了存储映射区域的值为666,也更改了num变量的值。让子进程先运行,父进程后运行,打印输出的结果如下。

对于存储映射区域,父子进程是共享的;对于变量,父子进程是独立的。 使用zero文件的优点是mmap函数的第二个参数len可以指定任意长度,而无需关心zero文件的大小。

Linux除了使用zero以外,它还提供了一种称为匿名映射的方式。这种方式需要在使用mmap的时候指定MAP——ANON标志,并将文件描述符设置为-1。更改上面的程序如下。

#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    int num = 7777777;
      
    //注意这行代码和上面程序中的不同之处
    int *p = mmap(0,sizeof(int),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANON,-1,0);
  
    if (MAP_FAILED == p)
    {
        perror("mmap fail");
        exit(1);
    }
    //close(fd);
    pid_t pid = fork();
    if (0 == pid)
    {
        num = 233;
        *p = 666;
    }
    if (0 < pid)
    {
        wait(NULL);
        printf("*p = %d\n",*p);
        printf("num = %d\n",num);
    }
    if (-1 == pid)
    {
        perror("fork fail");
        exit(1);
    }
    return 0;
}

运行结果是一致的。

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