第25讲 共享内存编程

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问题
每条记录的存储格式 以前我们存放数据基本是变长的，现在我们需要衡量采用哪种方法更优化， 效率更高。 如何查找读取 以前我们的数据基本都是保存在数组内，查找采用轮询和比较的方式来查 找我们需要的数据，但现在我们是把数据保存在共享内存中，所以我们不能 再用轮询数组的方式查找数据了。 如何定位数据 如何定位数据就是根据提供的数据下标来直接取出数据。
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printf("buf=%s \n", tmp ); if( shmdt( p ) == -1 ) printf(" detach error "); else printf(" detach "); return 0; } 读出共享内存数据为123。
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Linux系统管理与开发 共享内存开发
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本节课程内容
共享内存简介 共享内存应用 共享内存编程 深入理解共享内存的设计
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返回值 :成功返回映射区的地址，错误返回-1
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Shmdt
功能 :关闭进程和共享内存的连接。 头文件 :#include <sys/shm.h> 函 参 数 :void *shmdt(const void *shmaddr ) 数 :shmaddr 调用者的内存地址。
返回值 :成功返回0，错误返回-1
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共享内存程序设计
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程序步骤
创建共享内存， 如果存在，就获得指定的共享内存的句柄。 读（写）共享内存的内容。 共享内存访问完毕，关闭和应用程序的连接。 使用完毕，删除共享内存，系统结束。
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Sample 1
功能：创建共享内存，同时加载数据，程序结束，脱离共享内存。 #include <sys/shm.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int main( int argc, char **argv ) { int shm_id; char tmp[10]; char *p; memset( tmp, 0x00, sizeof( tmp ) ); shm_id = shmget( 8899 ,100,IPC_CREAT | 0644 ); if(shm_id == -1 ) { printf("shmget error\n"); return 0 ; }
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Oflag选项
创建共享内存的时候需要设置oflag标准，具体值为 O_CREAT 表示如不存在则创建。并指明权限位。 O_EXCL 如果和O_CREAT联合使用，则表示对象不存在时创建，如 果存在，则报错误EEXIST。 O_NONBLOCK 表示当读一个消息队列的时候，队列为空或者写消息 队列的时候，队列填满，这是进程不阻塞，立即返回。 O_TRUNC 如果以读模式打开一个已经存在的共享内存，该标准将使该 对象的内容置为0。
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Sample 1
功能：打开共享内存，同时读取数据，断开共享内存和程序的地址。 #include <sys/shm.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> #define IPC_KEY 8899 int main( int argc, char **argv ) { int shm_id; char tmp[10]; char *p; memset( tmp, 0x00, sizeof( tmp ) ); shm_id = shmget( IPC_KEY ,0,0 );
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Shmctl
功 能 头文件 函 数 参 数 : 操作共享内存 :#include <sys/shm.h> :int shmctl( int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf) :shmid 共享内存的表示符。 cmd和buf结合使用，对共享内存的操作根据cmd的以下值而定： IPC_RMID：删除共享内存shmid。操作权限是超级用户或 shm_perm.cuid或shm_per.uid。 IPC_SET：将buf中以下成员的值赋给共享内存的shmid_ds： shm_perm.uid shm_perm.gid shm_perm.mode /* 低9 位有效 */ 操作权限是超级用户、shm_perm.cuid或 shm_per.uid。 IPC_STAT ：获取共享内存的shmid_ds值赋给buf指向的数据结构。 SHM_LOCK：锁住共享内存shmid。操作权限是超级用户。 SHM_UNLOCK：解锁共享内存shmid。操作权限是超级用户 返回值 :成功返回0，错误返回-1
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关系事例
共享内存和信号灯的关系如下： 从A城市到B城市，有多条道路。 a 道路 [ 相当于共享内存] b B城市 [ 信号灯] 从a城市到b城市可以有多条道路，因交通管制，现在只有一条道路能到B城市， 这就是信号灯控制并发。当然道路如果都开放，说明访问的资源可以有多个。
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共享内存内维护1个下面的数据结构，每当共享内存发生变化，该结构内相应 的值会发生变化。 struct shmid_ds { struct ipc_perm shm_perm; int shm_segsz; struct tagStruType shm_Struct; unsigned short shm_lpid; unsigned short shm_cpid; unsigned short shm_nattach; usnigned short shm_cnattach; time_t shm_atime; time_t shm_dtime; time_t shm_ctime; }
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printf("shm_id=%d\n", shm_id ); memcpy( tmp, "123", 3 ); p = shmat ( shm_id, 0, 0 ); if( p == ( char *)-1 ) { printf("shmat error\n"); return 0; } sprintf( p, “%s”, tmp ); if( shmdt( p ) == -1 ) printf(" detach error "); else printf(" detach "); return 0; }
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队列填满
队列填满我们将在消息队列里面作详细讲解。
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shmat
功能 :连接共享内存。
头文件 :#include <sys/shm.h> 函 参 数 :void *shmat( int shmid, const void *shmaddr, int oflag ) 数 :shmid 共享内存表示符 shmaddr 一般为NULL，由系统为调用者选择地址。 oflag 读写权限，一般为0。也可以为SHM_RDONLY.
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共享内存+信号灯操作步骤
创建共享内存，申请共享内存 创建信号灯，等待资源数大于0 如果资源大于0，获得访问共享内存的权限，并使资源数减1( p/v操 作，p减少资源，v增加资源），使其他进程不能同时访问共享内存。 读取共享内存内容 共享内存访问完毕，关闭共享内存，释放信号灯（ p/v操作） 其他进程获得信号灯值，访问共享内存 删除信号灯 删除共享内存 系统关闭
返回值 :如何成功，返回共享内存的表示符，错误返回-1 备注 ：ftok 文件如果被删除，文件重建后，再次调用ftok不能保证返回相同的值。 32位的进程，aix只允许最多11个进程同时访问同一共享内存。hpunix 上 面，为了兼容32和64位，后面一般还要加上shmget(mem_key, size, 0666 | IPC_CREAT | IPC_SHARE32)
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/* 操作权限 */ /* 内存段大小 */ /* 内存结构和地址 */ /*最后一次操作内存的进程号 */ /* 创建该内存的进程号 */ /* 当前连接上内存的进程号 */ /* 内核维护的内存连接号 */ /* 最后一次连接时间 */ /* 最后一次脱离时间 */ /* 最后一次改变时间 */
共享内存函数介绍
Shmget Shmat Shmctl Shmdt
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Shmget
功能 :创建共享内存。 头文件 :#include <sys/shm.h> 函 参 数 :int shmget( key_t key, size_t size, int oflag ) 数 :key_t size oflag 可以是ftok 的返回值，也可以是IPC_PRIVATE 共享内存区的大小 ，如果共享内存存在，则该参数为0， 读写权限，有IPC_CREATE和IPC_EXCL的按位或。
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共享内存简介
共享内存是最快的ipc。 允许多个不相关的进程去访问同一部分逻辑内存。
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共享内存作用
进程间通信的工具。 主要应用在电信，银行系统的数据交换，数据共享方面。
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共享内存优点
共享内存是ipc中传递数据最快的方法 内存区映射到共享进程的地址空间，这些进程间数据的传 输就不再涉及内核， 这样就可以减少系统调用时间，提高程序效率 。 共享内存多用于银行，电信的系统内，在物理内存允许的情况下（大的系统 需要排序，查找，如果在共享内存内，处理可以共享数据，还可以对数据进 行排序，比在缓冲区排序要快），可以申请到4G大小的内存，可以加快 数据的处理速度，提高系统的稳定性，避免过度的占用cpu的时间。
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共享内存的持续性
System v 共享内存 都是随系统内核存在，如果进程没有删除，将在内核内存 在，数据也将保存下来
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Fork，exec对共享内存影响
Fork Exec 附接着的共享内存区在子进程中继续附接。 断开所有附接着的共享内存区
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共享内存的数据结构
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问题
如何记录创建的每个共享内存的信息。 我们可以利用该系统来创建多个共享内存。如何保存多个共享内存的信息 如何加载数据 如何利用索引查找数据
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问题
如何读取一条记录内的某个字段内容 我们定位到该记录的时候，如何定位到该记录的某个字段的内容。 如何防止其他用户非法访问共享内存。 我们如何保证非法用户访问共享内存，防止其他用户读取共享内存的内容， 并且修改该共享内存的内容。 如何保证多进程的同步 如何保证共享内存的同时只能有1个进程访问该共享内存。
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深入理解共享内存设计
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设计实例
本章我们设计一个利用共享内存进行数据管理的系统，系统功能有 1 共享内存的管理 a 共享内存的创建 b 共享内存的关闭 c 共享内存的删除 共享内存的应用 a 包括数据加载 b 数据查找 c 数据定位 d 数据排序 e 数据修改
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if( shm_id == -1 ) { printf("open shm error\n"); return 0 ; } p = shmat ( shm_id, 0, 0 ); if( p == ( char *)-1 ) { printf("shmat error\n"); return 0; } printf("shmat \n"); memcpy( tmp , p, strlen( p ) );
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共享内存命令
察看共享内存 ipcs -m 删除共享内存 ipcrm -m id号
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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共享内存和信号灯的关系
问题：共享内存的并发控制 由于共享内存是多个进程同时访问，如果设计到修改和查询，在修改 的同时不能做查询处理，则需要一种机制来控制进程访问的顺序，通 常使用信号灯来实现共享内存的并发访问。