细说linux IPC(三):mmap系统调用共享内存
2014-11-11 09:55
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前面讲到socket的进程间通信方式,这种方式在进程间传递数据时首先需要从进程1地址空间中把数据拷贝到内核,内核再将数据拷贝到进程2的地址空间中,也就是数据传递需要经过内核传递。这样在处理较多数据时效率不是很高,而让多个进程共享一片内存区则解决了之前socket进程通信的问题。共享内存是最快的进程间通信 ,将一片内存映射到多个进程地址空间中,那么进程间的数据传递将不在涉及内核。
共享内存并不是从某一进程拥有的内存中划分出来的;进程的内存总是私有的。共享内存是从系统的空闲内存池中分配的,希望访问它的每个进程连接它。这个连接过程称为映射,它给共享内存段分配每个进程的地址空间中的本地地址。
mmap()系统调用使得进程之间通过映射同一个普通文件实现共享内存。普通文件被映射到进程地址空间后,进程可以向访问普通内存一样对文件进行访问,不必再调用read(),write()等操作。函数原型为:
[cpp] view
plaincopy
#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
其中参数addr为描述符fd应该被映射到进程空间的起始地址,当指定为NULL时内核将自己去选择起始地址,无论addr是为NULL,函数返回值都是fd所映射到内存的起始地址;
len是映射到调用进程地址空间的字节数,它 从被映射文件开头offset个字节开始算起,offset通常设置为0;
prot 参数指定共享内存的访问权限。可取如下几个值的或:PROT_READ(可读) , PROT_WRITE (可写), PROT_EXEC (可执行), PROT_NONE(不可访问),该值常设置为PROT_READ | PROT_WRITE 。
flags由以下几个常值指定:MAP_SHARED , MAP_PRIVATE , MAP_FIXED,其中,MAP_SHARED(变动是共享的,对共享内存的修改所有进程可见) , MAP_PRIVATE(变动是私有的,对共享内存修改只对该进程可见) 必选其一,而MAP_FIXED则不推荐使用 。
munmp() 删除地址映射关系,函数原型如下:
[cpp] view
plaincopy
#include <sys/mman.h>
int munmap(void *addr, size_t length);
参数addr是由mmap返回的地址,len是映射区大小。
进程在映射空间的对共享内容的改变并不直接写回到磁盘文件中,往往在调用munmap()后才执行该操作。可以通过调用msync()实现磁盘上文件内容与共享内存区的内容一致。 msync()函数原型为:
[cpp] view
plaincopy
#include <sys/mman.h>
int msync(void *addr, size_t length, int flags);
参数addr和len代表内存区,flags有以下值指定,MS_ASYNC(执行异步写), MS_SYNC(执行同步写),MS_INVALIDATE(使高速缓存失效)。其中MS_ASYNC和MS_SYNC两个值必须且只能指定一个,一旦写操作排入内核,MS_ASYNC立即返回,MS_SYNC要等到写操作完成后才返回。如果还指定了MS_INVALIDATE,那么与其最终拷贝不一致的文件数据的所有内存中拷贝都失效。
在使用open函数打开一个文件之后调用mmap把文件内容映射到调用进程的地址空间,这样我们操作文件内容只需要对映射的地址空间进行操作,而无需再使用open,write等函数。
使用共享内存的步骤基本是:
open()创建内存段;
用 ftruncate()设置它的大小;
用mmap() 把它映射到进程内存,执行其他参与者需要的操作;
当使用完时,原来的进程调用 munmap()然后退出。
下面来看一个实现:
server程序创建内存并向共享内存写入数据:
[cpp] view
plaincopy
int sln_shm_get(char *shm_file, void **shm, int mem_len)
{
int fd;
fd = open(shm_file, O_RDWR | O_CREAT, 0644);//1. 创建内存段
if (fd < 0) {
printf("open <%s> failed: %s\n", shm_file, strerror(errno));
return -1;
}
ftruncate(fd, mem_len);//2.设置共享内存大小
*shm = mmap(NULL, mem_len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); //mmap映射系统内存池到进程内存
if (MAP_FAILED == *shm) {
printf("mmap: %s\n", strerror(errno));
return -1;
}
close(fd);
return 0;
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
char *shm_buf = NULL;
sln_shm_get(SHM_IPC_FILENAME, (void **)&shm_buf, SHM_IPC_MAX_LEN);
snprintf(shm_buf, SHM_IPC_MAX_LEN, "hello share memory ipc! i'm server.");
return 0;
}
client程序映射共享内存并读取其中数据:
[cpp] view
plaincopy
int main(int argc, const char *argv[])
{
char *shm_buf = NULL;
sln_shm_get(SHM_IPC_FILENAME, (void **)&shm_buf, SHM_IPC_MAX_LEN);
printf("ipc client get: %s\n", shm_buf);
munmap(shm_buf, SHM_IPC_MAX_LEN);
return 0;
}
先执行server程序向共享内存写入数据,再运行客户程序,运行结果如下:
[cpp] view
plaincopy
# ./server
# ./client
ipc client get: hello share memory ipc! i'm server.
#
共享内存不像socket那样本身具有同步机制,它需要通过增加其他同步操作来实现同步,比如信号量等。同步相关操作在后面会有相关专栏详细叙述。
本节源码下载:
http://download.csdn.net/detail/gentleliu/8140487
最后今天祝各位单身程序猿节日快乐!!!!!
前面讲到socket的进程间通信方式,这种方式在进程间传递数据时首先需要从进程1地址空间中把数据拷贝到内核,内核再将数据拷贝到进程2的地址空间中,也就是数据传递需要经过内核传递。这样在处理较多数据时效率不是很高,而让多个进程共享一片内存区则解决了之前socket进程通信的问题。共享内存是最快的进程间通信 ,将一片内存映射到多个进程地址空间中,那么进程间的数据传递将不在涉及内核。
共享内存并不是从某一进程拥有的内存中划分出来的;进程的内存总是私有的。共享内存是从系统的空闲内存池中分配的,希望访问它的每个进程连接它。这个连接过程称为映射,它给共享内存段分配每个进程的地址空间中的本地地址。
mmap()系统调用使得进程之间通过映射同一个普通文件实现共享内存。普通文件被映射到进程地址空间后,进程可以向访问普通内存一样对文件进行访问,不必再调用read(),write()等操作。函数原型为:
[cpp] view
plaincopy
#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
其中参数addr为描述符fd应该被映射到进程空间的起始地址,当指定为NULL时内核将自己去选择起始地址,无论addr是为NULL,函数返回值都是fd所映射到内存的起始地址;
len是映射到调用进程地址空间的字节数,它 从被映射文件开头offset个字节开始算起,offset通常设置为0;
prot 参数指定共享内存的访问权限。可取如下几个值的或:PROT_READ(可读) , PROT_WRITE (可写), PROT_EXEC (可执行), PROT_NONE(不可访问),该值常设置为PROT_READ | PROT_WRITE 。
flags由以下几个常值指定:MAP_SHARED , MAP_PRIVATE , MAP_FIXED,其中,MAP_SHARED(变动是共享的,对共享内存的修改所有进程可见) , MAP_PRIVATE(变动是私有的,对共享内存修改只对该进程可见) 必选其一,而MAP_FIXED则不推荐使用 。
munmp() 删除地址映射关系,函数原型如下:
[cpp] view
plaincopy
#include <sys/mman.h>
int munmap(void *addr, size_t length);
参数addr是由mmap返回的地址,len是映射区大小。
进程在映射空间的对共享内容的改变并不直接写回到磁盘文件中,往往在调用munmap()后才执行该操作。可以通过调用msync()实现磁盘上文件内容与共享内存区的内容一致。 msync()函数原型为:
[cpp] view
plaincopy
#include <sys/mman.h>
int msync(void *addr, size_t length, int flags);
参数addr和len代表内存区,flags有以下值指定,MS_ASYNC(执行异步写), MS_SYNC(执行同步写),MS_INVALIDATE(使高速缓存失效)。其中MS_ASYNC和MS_SYNC两个值必须且只能指定一个,一旦写操作排入内核,MS_ASYNC立即返回,MS_SYNC要等到写操作完成后才返回。如果还指定了MS_INVALIDATE,那么与其最终拷贝不一致的文件数据的所有内存中拷贝都失效。
在使用open函数打开一个文件之后调用mmap把文件内容映射到调用进程的地址空间,这样我们操作文件内容只需要对映射的地址空间进行操作,而无需再使用open,write等函数。
使用共享内存的步骤基本是:
open()创建内存段;
用 ftruncate()设置它的大小;
用mmap() 把它映射到进程内存,执行其他参与者需要的操作;
当使用完时,原来的进程调用 munmap()然后退出。
下面来看一个实现:
server程序创建内存并向共享内存写入数据:
[cpp] view
plaincopy
int sln_shm_get(char *shm_file, void **shm, int mem_len)
{
int fd;
fd = open(shm_file, O_RDWR | O_CREAT, 0644);//1. 创建内存段
if (fd < 0) {
printf("open <%s> failed: %s\n", shm_file, strerror(errno));
return -1;
}
ftruncate(fd, mem_len);//2.设置共享内存大小
*shm = mmap(NULL, mem_len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); //mmap映射系统内存池到进程内存
if (MAP_FAILED == *shm) {
printf("mmap: %s\n", strerror(errno));
return -1;
}
close(fd);
return 0;
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
char *shm_buf = NULL;
sln_shm_get(SHM_IPC_FILENAME, (void **)&shm_buf, SHM_IPC_MAX_LEN);
snprintf(shm_buf, SHM_IPC_MAX_LEN, "hello share memory ipc! i'm server.");
return 0;
}
client程序映射共享内存并读取其中数据:
[cpp] view
plaincopy
int main(int argc, const char *argv[])
{
char *shm_buf = NULL;
sln_shm_get(SHM_IPC_FILENAME, (void **)&shm_buf, SHM_IPC_MAX_LEN);
printf("ipc client get: %s\n", shm_buf);
munmap(shm_buf, SHM_IPC_MAX_LEN);
return 0;
}
先执行server程序向共享内存写入数据,再运行客户程序,运行结果如下:
[cpp] view
plaincopy
# ./server
# ./client
ipc client get: hello share memory ipc! i'm server.
#
共享内存不像socket那样本身具有同步机制,它需要通过增加其他同步操作来实现同步,比如信号量等。同步相关操作在后面会有相关专栏详细叙述。
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