共享記憶體
共享記憶體指在多處理器的計算機系統中，可以被不同中央處理器（CPU）訪問的大容量記憶體。由於多個CPU需要快速訪問存儲器，這樣就要對存儲器進行快取
記憶體共享共享記憶體的創建
共享記憶體是存在於核心級別的一種資源，在shell中可以使用ipcs命令來查看當前系統IPC中的狀態，在檔案系統/proc目錄下有對其描述的相應檔案。函式shmget可以創建或打開一塊共享記憶體區。函式原型如下：
#include<sys/shm.h>
intshmget(key_tkey,size_tsize,intflag);
函式中參數key用來變換成一個標識符，而且每一個IPC對象與一個key相對應。當新建一個共享記憶體段時，size參數為要請求的記憶體長度（以位元組為單位）。
注意：核心是以頁為單位分配記憶體，當size參數的值不是系統記憶體頁長的整數倍時，系統會分配給進程最小的可以滿足size長的頁數，但是最後一頁的剩餘部分記憶體是不可用的。
當打開一個記憶體段時，參數size的值為0。參數flag中的相應許可權位初始化ipc_perm結構體中的mode域。同時參數flag是函式行為參數，它指定一些當函式遇到阻塞或其他情況時應做出的反應。shmid_ds結構初始化如表14-4所示。
初始化
| shmid_ds結構數據 | 初值 | shmid_ds結構數據 | 初值 |
| shm_lpid | 0 | shm_dtime | 0 |
| shm_nattach | 0 | shm_ctime | 系統當前值 |
| shm_atime | 0 | shm_segsz參數 | size |
下面實例演示了使用shmget函式創建一塊共享記憶體。程式中在調用shmget函式時指定key參數值為IPC_PRIVATE，這個參數的意義是創建一個新的共享記憶體區，當創建成功後使用shell命令ipcs來顯示目前系統下共享記憶體的狀態。命令參數-m為只顯示共享記憶體的狀態。
（1）在Vi編輯器中編輯該程式如下：
程式清單14-8create_shm.c使用shmget函式創建共享記憶體
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#defineBUFSZ4096
intmain(void)
{
intshm_id;/*共享記憶體標識符*/
shm_id=shmget(IPC_PRIVATE,BUFSZ,0666);
if(shm_id<0){/*創建共享記憶體*/
perror("shmget");
exit(1);
}
printf("successfullycreatedsegment:%d\n",shm_id);
system("ipcs-m");/*調用ipcs命令查看IPC*/
exit(0);
}
（2）在shell中編譯該程式如下：
$gcccreate_shm.c–ocreate_shm
（3）在shell中運行該程式如下：
$./create_shm
successfullycreatedsegment:2752516
------SharedMemorySegments--------
keyshmidownerpermsbytesnattchstatus
0x0000000065536root6003932162dest
0x000000002654209root66640960
0x0056a4d52686978root6004881
0x0056a4d62719747root6001310721
0x000000002752516root66640960
上述程式中使用shmget函式來創建一段共享記憶體，並在結束前調用了系統shell命令ipcs–m來查看當前系統IPC狀態。
共享記憶體的操作
由於共享記憶體這一特殊的資源類型，使它不同於普通的檔案，因此，系統需要為其提供專有的操作函式，而這無疑增加了程式設計師開發的難度（需要記憶額外的專有函式）。使用函式shmctl可以對共享記憶體段進行多種操作，其函式原型如下：
#include<sys/shm.h>
intshmctl(intshm_id,intcmd,structshmid_ds*buf);
函式中參數shm_id為所要操作的共享記憶體段的標識符，structshmid_ds型指針參數buf的作用與參數cmd的值相關，參數cmd指明了所要進行的操作，其解釋如表14-5所示。
cmd參數詳解
| cmd的值 | 意義 |
| IPC_STAT | 取shm_id所指向記憶體共享段的shmid_ds結構，對參數buf指向的結構賦值 |
| IPC_SET | 使用buf指向的結構對sh_mid段的相關結構賦值，只對以下幾個域有作用，shm_perm. uidshm_perm.gid以及shm_perm.mode 注意此命令只有具備以下條件的進程才可以請求： 1．進程的用戶ID等於shm_perm.cuid或者等於shm_perm.uid 2．超級用戶特權進程 |
| IPC_RMID | 刪除shm_id所指向的共享記憶體段，只有當shmid_ds結構的shm_nattch域為零時，才會真正執行刪除命令，否則不會刪除該段 注意此命令的請求規則與IPC_SET命令相同 |
| SHM_LOCK | 鎖定共享記憶體段在記憶體，此命令只能由超級用戶請求 |
| SHM_UNLOCK | 對共享記憶體段解鎖，此命令只能由超級用戶請求 |
使用函式shmat將一個存在的共享記憶體段連線到本進程空間，其函式原型如下：
#include<sys/shm.h>void*shmat(intshm_id,constvoid*addr,intflag);
函式中參數shm_id指定要引入的共享記憶體，參數addr與flag組合說明要引入的地址值，通常只有2種用法，addr為0，表明讓核心來決定第1個可以引入的位置。addr非零，並且flag中指定SHM_RND，則此段引入到addr所指向的位置（此操作不推薦使用，因為不會只對一種硬體上運行應用程式，為了程式的通用性推薦使用第1種方法），在flag參數中可以指定要引入的方式（讀寫方式指定）。
%說明：函式成功執行返回值為實際引入的地址，失敗返回–1。shmat函式成功執行會將shm_id段的shmid_ds結構的shm_nattch計數器的值加1。
當對共享記憶體段操作結束時，應調用shmdt函式，作用是將指定的共享記憶體段從當前進程空間中脫離出去。函式原型如下：
#include<sys/shm.h>
intshmdt(void*addr);
參數addr是調用shmat函式的返回值，函式執行成功返回0，並將該共享記憶體的shmid_ds結構的shm_nattch計數器減1，失敗返回–1。
下面實例演示了操作共享記憶體段的流程。程式的開始部分先檢測用戶是否有輸入，如出錯則列印該命令的使用幫助。接下來從命令行讀取將要引入的共享記憶體ID，使用shmat函式引入該共享記憶體，並在分離該記憶體之前睡眠3秒以方便查看系統IPC狀態。
（1）在vi編輯器中編輯該程式如下：
程式清單14-9opr_shm.c操作共享記憶體段
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
intmain(intargc,char*argv[])
{
intshm_id;
char*shm_buf;
if(argc!=2){/*命令行參數錯誤*/
printf("USAGE:atshm<identifier>");/*列印幫助訊息*/
exit(1);
}
shm_id=atoi(argv[1]);/*得到要引入的共享記憶體段*/
/*引入共享記憶體段，由核心選擇要引入的位置*/
if((shm_buf=shmat(shm_id,0,0))<(char*)0){
perror("shmat");
exit(1);
}
printf("segmentattachedat%p\n",shm_buf);/*輸出導入的位置*/
system("ipcs-m");
sleep(3);/*休眠*/
if((shmdt(shm_buf))<0){/*與導入的共享記憶體段分離*/
perror("shmdt");
exit(1);
}
printf("segmentdetached\n");
system("ipcs-m");/*再次查看系統IPC狀態*/
exit(0);
}
（2）在shell中編譯該程式如下：
$gccopr_shm.c–oopr_shm
（3）在shell中運行該程式如下：
$./opr_shm2752516
segmentattachedat0xb7f29000
------SharedMemorySegments--------
keyshmidownerpermsbytesnattchstatus
0x0000000065536root6003932162dest
0x000000002654209root66640960
0x0056a4d52686978root6004881
0x0056a4d62719747root6001310721
0x000000002752516root66640961
segmentdetached
------SharedMemorySegments--------
keyshmidownerpermsbytesnattchstatus
0x0000000065536root6003932162dest
0x000000002654209root66640960
0x0056a4d52686978root6004881
0x0056a4d62719747root6001310721
0x000000002752516root66640960
上述程式中從命令行中讀取所要引入的共享記憶體ID，並使用shmat函式引入該記憶體到當前的進程空間中。注意在使用shmat函式時，將參數addr的值設為0，所表達的意義是由核心來決定該共享記憶體在當前進程中的位置。由於在編程的過程中，很少會針對某一個特定的硬體或系統編程，所以由核心決定引入位置也就是shmat推薦的使用方式。在導入後使用shell命令ipcs–m來顯示當前的系統IPC的狀態，可以看出輸出信息中nattch欄位為該共享記憶體時的引用值，最後使用shmdt函式分離該共享記憶體並列印系統IPC的狀態。
共享記憶體使用注意事項
共享記憶體相比其他幾種方式有著更方便的數據控制能力，數據在讀寫過程中會更透明。當成功導入一塊共享記憶體後，它只是相當於一個字元串指針來指向一塊記憶體，在當前進程下用戶可以隨意的訪問。缺點是，數據寫入進程或數據讀出進程中，需要附加的數據結構控制，共享記憶體通信數據結構示意如圖14-9所示。
結構示意
%說明：圖中兩個進程同時遵循一定的規則來讀寫該記憶體。同時，在多進程同步或互斥上也需要附加的代碼來輔助共享記憶體機制。在共享記憶體段中都是以字元串的默認結束符為一條信息的結尾。每個進程在讀寫時都遵守這個規則，就不會破壞數據的完整性。
