共享內(nèi)存區(qū)域是被多個進程共享的一部分物理內(nèi)存。如果多個進程都把該內(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)域進行通信。共享內(nèi)存是進程間共享數(shù)據(jù)的一種最快的方法，一個進程向共享內(nèi)存區(qū)域?qū)懭肓藬?shù)據(jù)，共享這個內(nèi)存區(qū)域的所有進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)在每一個共享該頁面的進程的頁表中。但是它不需要在所有進程的虛擬內(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制，比如System V的信號燈來同步對于共享內(nèi)存區(qū)域的訪問(信號燈如何控制對臨界代碼的訪問另起一篇說話)。
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????????每一個新創(chuàng)建的共享內(nèi)存對象都用一個shmid_kernel數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表達。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，該向量表的每一個元素都是一個指向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];
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??? SHMMNI為128，表示系統(tǒng)中最多可以有128個共享內(nèi)存對象。
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??? 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)組里面的每個元素當然是每個內(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)存頁面的個數(shù)，以頁為單位。這個數(shù)量當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是一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它描述了這個共享內(nèi)存區(qū)的認證信息，字節(jié)大小，最后一次粘附時間、分離時間、改變時間，創(chuàng)建該共享區(qū)域的進程，最后一次對它操作的進程，當前有多少個進程在使用它等信息。
????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程的虛擬內(nèi)存區(qū)域。每一個希望共享這塊內(nèi)存的進程都必須通過系統(tǒng)調(diào)用將其關(guān)聯(lián)（attach）到它的虛擬內(nèi)存中。這一過程將為該進程創(chuàng)建了一個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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????????這個新的vm_area_struct結(jié)構(gòu)是維系共享內(nèi)存和使用它的進程之間的關(guān)系的,所以除了要關(guān)聯(lián)進程信息外，還要指明這個共享內(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 vm_area_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中專門提供了兩個指針：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機制一樣，進程在使用共享內(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)存對象的引用標識符。以后對共享內(nèi)存對象的訪問都通過該引用標識符進行。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)
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??? 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是標志（對該共享內(nèi)存對象的特殊要求）。
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??? 它所做的工作如下：
??? 1) 如果key == IPC_PRIVATE，則總是會創(chuàng)建一個新的共享內(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)，實際上，要等到第一個進程試圖訪問它的時候才真正創(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)存對象的引用標識符。
?
??? 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，而且在操作標志shmflg中沒有指明要創(chuàng)建新共享內(nèi)存，則錯誤返回，否則創(chuàng)建一個新的共享內(nèi)存對象。
??? * 如果找到了，但該次操作要求必須創(chuàng)建一個鍵值為key的新對象，那么錯誤返回。
??? * 否則，合法性、認證檢查，如有錯，則錯誤返回；否則，返回該內(nèi)存對象的引用標識符。
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??? 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
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??? 2. 關(guān)聯(lián)。在創(chuàng)建或獲得某個共享內(nèi)存區(qū)域的引用標識符后，還必須將共享內(nèi)存區(qū)域映射（粘附）到進程的虛擬地址空間，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)到進程虛擬地址空間的映射，而真正完成粘附動作的是函數(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);

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??? 其中：
???? shmid是shmget返回的共享內(nèi)存對象的引用標識符；
??? shmaddr用來指定該共享內(nèi)存區(qū)域在進程的虛擬地址空間對應(yīng)的虛擬地址；
??? shmflg是映射標志；
????返回的是在進程中的虛擬地址
?
??? 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（不能超過進程的最大虛擬空間大小—3G，不能太接近堆棧棧頂）。
??? 4) 認證檢查。
??? 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，將其加入到進程的mm結(jié)構(gòu)和該共享內(nèi)存對象的vm_area_struct隊列中。
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??? 共享內(nèi)存的粘附只是創(chuàng)建一個vm_area_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并將其加入到相應(yīng)的隊列中，此時并沒有創(chuàng)建真正的共享內(nèi)存頁。
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??? 當進程第一次訪問共享虛擬內(nèi)存的某頁時，因為所有的共享內(nèi)存頁還都沒有分配，所以會發(fā)生一個page fault異常。當Linux處理這個page fault的時候，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)的頁表條目，看共享頁是否存在（頁表條目為0，表示共享頁是第一次使用）。如果不存在，它就分配一個物理頁，并為它創(chuàng)建一個頁表條目。這個條目不但進入當前進程的頁表，同時也存到shmid_kernel數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頁表shm_pages中。
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??? 當下一個進程試圖訪問這塊內(nèi)存并得到一個page fault的時候，經(jīng)過同樣的路徑，也會走到函數(shù)shm_nopage。此時，該函數(shù)查看shmid_kernel數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頁表shm_pages時，發(fā)現(xiàn)共享頁已經(jīng)存在，它只需把這里的頁表項填到進程頁表的相應(yīng)位置即可，而不需要重新創(chuàng)建物理頁。所以，是第一個訪問共享內(nèi)存頁的進程使得這一頁被創(chuàng)建，而隨后訪問它的其它進程僅把此頁加到它們的虛擬地址空間。
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??? 3. 分離。當進程不再需要共享虛擬內(nèi)存的時候，它們與之分離（detach）。只要仍舊有其它進程在使用這塊內(nèi)存，這種分離就只會影響當前的進程，而不會影響其它進程。當前進程的vm_area_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被從shmid_ds中刪除，并被釋放。當前進程的頁表也被更新，共享內(nèi)存對應(yīng)的虛擬內(nèi)存頁被標記為無效。當共享這塊內(nèi)存的最后一個進程與之分離時，共享內(nèi)存頁被釋放，同時，這塊共享內(nèi)存的shmid_kernel數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也被釋放。
?
? 系統(tǒng)調(diào)用sys_ipc (call值為SHMDT) 用于共享內(nèi)存區(qū)與進程虛擬地址空間的分離，而真正完成分離動作的是函數(shù) ????

??? sys_shmdt，其定義如下：
??? int sys_shmdt (char *shmaddr)
?
??? 其中shmaddr是進程要分離的共享頁的開始虛擬地址。
?
??? 該函數(shù)搜索進程的內(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，調(diào)用函數(shù)do_munmap將其釋放。
?
??? 在函數(shù)do_munmap中，將要釋放的vm_area_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從進程的虛擬內(nèi)存中摘下，清除它在進程頁表中對應(yīng)的頁表項（可能占多個頁表項）.?
??
??? 如果共享的虛擬內(nèi)存沒有被鎖定在物理內(nèi)存中，分離會更加復(fù)雜。因為在這種情況下，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。
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??? 4. 控制。Linux在共享內(nèi)存上實現(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制，它允許進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，如果兩個進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)存的進程必須設(shè)計它們自己的同步協(xié)議，如用信號燈等。

以下是使用共享內(nèi)存機制進行進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)核自己決定一個合適的地址位置，用的時候設(shè)為0。

shmflg：制定特殊的標志位。

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，我們一般與信號量結(jié)合使用。

4.分離共享內(nèi)存：當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