mmap和shm共享内存的区别和联系

布满荆棘的人生 2022-10-06 01:55 211阅读 0赞

参见： [https://www.cnblogs.com/cthon/p/9063841.html][https_www.cnblogs.com_cthon_p_9063841.html]

共享内存的创建

一、区别

1. 共享内存允许两个或多个进程共享一给定的存储区，因为数据不需要来回复制，所以是最快的一种进程间通信机制。共享内存可以通过mmap()映射普通文件（特殊情况下还可以采用匿名映射）机制实现，也可以通过系统V共享内存机制实现。应用接口和原理很简单，内部机制复杂。为了实现更安全通信，往往还与信号灯等同步机制共同使用。  
  
mmap的机制如：就是在磁盘上建立一个文件，每个进程存储器里面，单独开辟一个空间来进行映射。如果多进程的话，那么不会对实际的物理存储器（主存）消耗太大。

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shm的机制：每个进程的共享内存都直接映射到实际物理存储器里面。

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二、结论  
  
1、mmap保存到实际硬盘，实际存储并没有反映到主存上。优点：储存量可以很大（多于主存）；缺点：进程间读取和写入速度要比主存的要慢。  
  
2、shm保存到物理存储器（主存），实际的储存量直接反映到主存上。优点，进程间访问速度（读写）比磁盘要快；缺点，储存量不能非常大（多于主存）  
  
使用上看：如果分配的存储量不大，那么使用shm；如果存储量大，那么使用mmap。

mmap就是一个文件操作。

mmap函数是unix/linux下的系统调用，来看《Unix Netword programming》卷二12.2节有详细介绍。

mmap系统调用并不是完全为了用于共享内存而设计的。它本身提供了不同于一般对普通文件的访问方式，进程可以像读写内存一样对普通文件的操作。而Posix或系统V的共享内存IPC则纯粹用于共享目的，当然mmap()实现共享内存也是其主要应用之一。  
          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，进程可以像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。mmap并不分配空间, 只是将文件映射到调用进程的地址空间里, 然后你就可以用memcpy等操作写文件, 而不用write()了.写完后用msync()同步一下, 你所写的内容就保存到文件里了. 不过这种方式没办法增加文件的长度, 因为要映射的长度在调用mmap()的时候就决定了.  
  
简单说就是把一个文件的内容在内存里面做一个映像，内存比磁盘快些。  
基本上它是把一个档案对应到你的virtual memory 中的一段，并传回一个指针。

系统调用mmap()用于共享内存的两种方式：  
（1）使用普通文件提供的内存映射：适用于任何进程之间；此时，需要打开或创建一个文件，然后再调用mmap()；典型调用代码如下：  
fd=open(name, flag, mode);  
if(fd<0)  
...  
ptr=mmap(NULL, len , PROT\_READ|PROT\_WRITE, MAP\_SHARED , fd , 0); 通过mmap()实现共享内存的通信方式有许多特点和要注意的地方，我们将在范例中进行具体说明。  
（2）使用特殊文件提供匿名内存映射：适用于具有亲缘关系的进程之间；由于父子进程特殊的亲缘关系，在父进程中先调用mmap()，然后调用fork()。那么在调用fork()之后，子进程继承父进程匿名映射后的地址空间，同样也继承mmap()返回的地址，这样，父子进程就可以通过映射区域进行通信了。注意，这里不是一般的继承关系。一般来说，子进程单独维护从父进程继承下来的一些变量。而mmap()返回的地址，却由父子进程共同维护。

1、mmap()系统调用形式如下：

void\* mmap ( void \* addr , size\_t len , int prot , int flags , int fd , off\_t offset )

参数fd为即将映射到进程空间的文件描述字，一般由open()返回，同时，fd可以指定为-1，此时须指定flags参数中的MAP\_ANON，表明进行的是匿名映射（不涉及具体的文件名，避免了文件的创建及打开，很显然只能用于具有亲缘关系的进程间通信）。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。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）。flags由以下几个常值指定：MAP\_SHARED , MAP\_PRIVATE , MAP\_FIXED，其中，MAP\_SHARED , MAP\_PRIVATE必选其一，而MAP\_FIXED则不推荐使用。offset参数一般设为0，表示从文件头开始映射。参数addr指定文件应被映射到进程空间的起始地址，一般被指定一个空指针，此时选择起始地址的任务留给内核来完成。函数的返回值为最后文件映射到进程空间的地址，进程可直接操作起始地址为该值的有效地址。这里不再详细介绍mmap()的参数，读者可参考mmap()手册页获得进一步的信息。

***三、mmap()范例***

下面将给出使用mmap()的两个范例：范例1给出两个进程通过映射普通文件实现共享内存通信；范例2给出父子进程通过匿名映射实现共享内存。系统调用mmap()有许多有趣的地方，下面是通过mmap（）映射普通文件实现进程间的通信的范例，我们通过该范例来说明mmap()实现共享内存的特点及注意事项。

范例1：两个进程通过映射普通文件实现共享内存通信

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 </td> 
 <td> <code>/*-------------map_normalfile1.c-----------*/</code> <code>#include &lt;sys/mman.h&gt;</code> <code>#include &lt;sys/types.h&gt;</code> <code>#include &lt;fcntl.h&gt;</code> <code>#include &lt;unistd.h&gt;</code> <code>typedef</code>&nbsp;<code>struct</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>char</code>&nbsp;<code>name[4];</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>int</code>&nbsp;&nbsp;<code>age;</code> <code>}people;</code> <code>main(</code><code>int</code>&nbsp;<code>argc,&nbsp;</code><code>char</code><code>** argv)&nbsp;</code><code>// map a normal file as shared mem:</code> <code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>int</code>&nbsp;<code>fd,i;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>people *p_map;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>char</code>&nbsp;<code>temp;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code>&nbsp; <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>fd=open(argv[1],O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC,00777);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>lseek(fd,</code><code>sizeof</code><code>(people)*5-1,SEEK_SET);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>write(fd,</code><code>""</code><code>,1);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code>&nbsp; <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>p_map = (people*) mmap( NULL,</code><code>sizeof</code><code>(people)*10,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0 );</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>close( fd );</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>temp =&nbsp;</code><code>'a'</code><code>;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>for</code><code>(i=0; i&lt;10; i++)</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>temp += 1;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>memcpy</code><code>( ( *(p_map+i) ).name, &amp;temp,2 );</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>( *(p_map+i) ).age = 20+i;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>printf</code><code>(</code><code>" initialize over \n "</code><code>)；</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>sleep(10);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>munmap( p_map,&nbsp;</code><code>sizeof</code><code>(people)*10 );</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>printf</code><code>(&nbsp;</code><code>"umap ok \n"</code>&nbsp;<code>);</code> <code>}</code> <code>/*-------------map_normalfile2.c-----------*/</code> <code>#include &lt;sys/mman.h&gt;</code> <code>#include &lt;sys/types.h&gt;</code> <code>#include &lt;fcntl.h&gt;</code> <code>#include &lt;unistd.h&gt;</code> <code>typedef</code>&nbsp;<code>struct</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>char</code>&nbsp;<code>name[4];</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>int</code>&nbsp;&nbsp;<code>age;</code> <code>}people;</code> <code>main(</code><code>int</code>&nbsp;<code>argc,&nbsp;</code><code>char</code><code>** argv)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>// map a normal file as shared mem:</code> <code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>int</code>&nbsp;<code>fd,i;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>people *p_map;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>fd=open( argv[1],O_CREAT|O_RDWR,00777 );</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>p_map = (people*)mmap(NULL,</code><code>sizeof</code><code>(people)*10,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>for</code><code>(i = 0;i&lt;10;i++)</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>printf</code><code>(&nbsp;</code><code>"name: %s age %d;\n"</code><code>,(*(p_map+i)).name, (*(p_map+i)).age );</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>munmap( p_map,</code><code>sizeof</code><code>(people)*10 );</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

范例2：父子进程通过匿名映射实现共享内存

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 </td> 
 <td> <code>#include &lt;sys/mman.h&gt;</code> <code>#include &lt;sys/types.h&gt;</code> <code>#include &lt;fcntl.h&gt;</code> <code>#include &lt;unistd.h&gt;</code> <code>typedef</code>&nbsp;<code>struct</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>char</code>&nbsp;<code>name[4];</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>int</code>&nbsp;&nbsp;<code>age;</code> <code>}people;</code> <code>main(</code><code>int</code>&nbsp;<code>argc,&nbsp;</code><code>char</code><code>** argv)</code> <code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>int</code>&nbsp;<code>i;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>people *p_map;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>char</code>&nbsp;<code>temp;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>p_map=(people*)mmap(NULL,</code><code>sizeof</code><code>(people)*10,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1,0);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(fork() == 0)</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>sleep(2);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>for</code><code>(i = 0;i&lt;5;i++)</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>printf</code><code>(</code><code>"child read: the %d people's age is %d\n"</code><code>,i+1,(*(p_map+i)).age);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>(*p_map).age = 100;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>munmap(p_map,</code><code>sizeof</code><code>(people)*10);&nbsp;</code><code>//实际上，进程终止时，会自动解除映射。</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>exit</code><code>();</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>temp =&nbsp;</code><code>'a'</code><code>;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>for</code><code>(i = 0;i&lt;5;i++)</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>temp += 1;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>memcpy</code><code>((*(p_map+i)).name, &amp;temp,2);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>(*(p_map+i)).age=20+i;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>sleep(5);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>printf</code><code>(&nbsp;</code><code>"parent read: the first people,s age is %d\n"</code><code>,(*p_map).age );</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>printf</code><code>(</code><code>"umap\n"</code><code>);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>munmap( p_map,</code><code>sizeof</code><code>(people)*10 );</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>printf</code><code>(&nbsp;</code><code>"umap ok\n"</code>&nbsp;<code>);</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

** 四、shm内存共享的主要函数讲解**

shmget函数

shmat函数

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 </td> 
 <td> <code>第一次创建共享内存段时，它不能被任何进程访问。要想启动对该内存的访问，必须将其连接到一个进程的地址空间。</code> <code>这个工作由shmat函数完成:</code> <code>void</code>&nbsp;<code>*shmat(</code><code>int</code>&nbsp;<code>shm_id,&nbsp;</code><code>const</code>&nbsp;<code>void</code>&nbsp;<code>*shm_addr,&nbsp;</code><code>int</code>&nbsp;<code>shmflg);</code> <code>参数:</code> <code>shm_id : 由shmget返回的共享内存标识。</code> <code>shm_add: 指定共享内存连接到当前进程中的地址位置。</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>它通常是一个空指针，</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>表示让系统来选择共享内存出现的地址。</code> <code>shmflg : 是一组标志。</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>它的两个可能取值是:</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>SHM_RND, 和shm_add联合使用，</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>用来控制共享内存连接的地址。</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>SHM_RDONLY, 它使连接的内存只读</code> &nbsp; <code>返回值:</code> <code>如果调用成功, 返回一个指向共享内存第一个字节的指针；</code> <code>如果失败，返回-1.</code> &nbsp; <code>共享内存的读写权限由它的属主(共享内存的创建者)，</code> <code>它的访问权限和当前进程的属主决定。</code> <code>共享内存的访问权限类似于文件的访问权限。</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

shmdt函数

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 </td> 
 <td> <code>将共享内存从当前进程中分离。</code> <code>int</code>&nbsp;<code>shmdt(</code><code>const</code>&nbsp;<code>void</code>&nbsp;<code>*shm_addr);</code> <code>shm_addr: shmat返回的地址指针。</code> &nbsp; <code>成功时，返回0，</code> <code>失败时，返回-1.</code> &nbsp; <code>NOTE:</code> <code>共享内存分离并未删除它，</code> <code>只是使得该共享内存对当前进程不再可用。</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

shmctl函数

shm内存共享可参考：http://blog.chinaunix.net/uid-26000296-id-3421346.html

[https_www.cnblogs.com_cthon_p_9063841.html]: https://www.cnblogs.com/cthon/p/9063841.html
[c195945c8e7a9fdd09c640f38ed70745.png]: /images/20221005/f572d6ed4bef47a99a2d0a0a5b2de810.png
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