进程通信：共享内存，套接字

进程通信方式：共享内存

共享内存.png

共享内存本质上就是每个进程将虚拟地址空间指向共享内存块中，当一个进程往一个共享内存快中写入了数据，共享这个内存区域的所有进程就可用都看到其中的内容。

mmap

void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

返回错误类型：
1 EACCES：访问出错
 2 EAGAIN：文件已被锁定，或者太多的内存已被锁定
 3 EBADF：fd不是有效的文件描述词
 4 EINVAL：一个或者多个参数无效
 5 ENFILE：已达到系统对打开文件的限制
 6 ENODEV：指定文件所在的文件系统不支持内存映射
 7 ENOMEM：内存不足，或者进程已超出最大内存映射数量
 8 EPERM：权能不足，操作不允许
 9 ETXTBSY：已写的方式打开文件，同时指定MAP_DENYWRITE标志
10 SIGSEGV：试着向只读区写入
11 SIGBUS：试着访问不属于进程的内存区

• start
  映射区的开始地址

• length
  映射区的长度

• port
  期望的内存保护标志，不能与文件的打开模式冲突。是以下的某个值，可以通过or运算合理地组合在一起

  1 PROT_EXEC ：页内容可以被执行
  2 PROT_READ ：页内容可以被读取
  3 PROT_WRITE ：页可以被写入
  4 PROT_NONE ：页不可访问
  

• flags
  指定映射对象的类型，映射选项和映射页是否可以共享。它的值可以是一个或者多个以下位的组合体。

   1 MAP_FIXED //使用指定的映射起始地址，如果由start和len参数指定的内存区重叠于现存的映射空间，重叠部分将会被丢弃。如果指定的起始地址不可用，操作将会失败。并且起始地址必须落在页的边界上。
   2 MAP_SHARED //与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入，相当于输出到文件。直到msync()或者munmap()被调用，文件实际上不会被更新。
   3 MAP_PRIVATE //建立一个写入时拷贝的私有映射。内存区域的写入不会影响到原文件。这个标志和以上标志是互斥的，只能使用其中一个。
   4 MAP_DENYWRITE //这个标志被忽略。
   5 MAP_EXECUTABLE //同上
   6 MAP_NORESERVE //不要为这个映射保留交换空间。当交换空间被保留，对映射区修改的可能会得到保证。当交换空间不被保留，同时内存不足，对映射区的修改会引起段违例信号。
   7 MAP_LOCKED //锁定映射区的页面，从而防止页面被交换出内存。
   8 MAP_GROWSDOWN //用于堆栈，告诉内核VM系统，映射区可以向下扩展。
   9 MAP_ANONYMOUS //匿名映射，映射区不与任何文件关联。
  10 MAP_ANON //MAP_ANONYMOUS的别称，不再被使用。
  11 MAP_FILE //兼容标志，被忽略。
  12 MAP_32BIT //将映射区放在进程地址空间的低2GB，MAP_FIXED指定时会被忽略。当前这个标志只在x86-64平台上得到支持。
  13 MAP_POPULATE //为文件映射通过预读的方式准备好页表。随后对映射区的访问不会被页违例阻塞。
  14 MAP_NONBLOCK //仅和MAP_POPULATE一起使用时才有意义。不执行预读，只为已存在于内存中的页面建立页表入口。
  

• fd
  有效的文件描述词。如果MAP_ANONYMOUS被设定，为了兼容问题，其值应为-1

• offset
  被映射对象内容的起点

mmap 在 write 和 read 时发生了什么？
write：
1、进程(用户态)将需要写入的数据直接copy到对应的mmap地址(内存copy)
2、若mmap地址未对应物理内存，则产生缺页异常，由内核处理
3、若已对应，则直接copy到对应的物理内存
4、由操作系统调用，将脏页回写到磁盘（通常是异步的）

read：

image.png

mmap要比普通的read系统调用少了一次copy的过程。

参考文章：
认真分析mmap：是什么 为什么 怎么用
https://www.jianshu.com/p/755338d11865

shmget

• API
  • 创建共享内存

    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/shm.h>
    
    int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
        返回值：成功返回共享内存的id，失败返回-1；
    

    • key：和上面介绍的信号量的semget函数的参数key一样；
    • size：表示要申请的共享内存的大小，一般是4k的整数倍；
    • flags：IPC_CREAT 和 IPC_EXCL 一起使用，则创建一个新的共享内存，否则返回-1。IPC_CREAT单独使用时返回一个共享内存，有就直接返回，没有就创建。
  • 挂接函数

    void *shmat(int shmid);
        返回值：返回这块内存的虚拟地址；
    

    shmat的作用是将申请的共享内存挂接在该进程的页表上，是将虚拟内存和物理内存相对应；
  • 去挂接函数

    int shmdt(const void *shmaddr);
        返回值：失败返回-1；
    

    shmdt的作用是去挂接，将这块共享内存从页表上剥离下来，去除两者的映射关系
  • 删除共享内存

    int shmctl(int shmid,int cmd,const void* addr);
    

    shmctl用来设置共享内存的属性。当cmd是IPC_RMID时可以用来删除一块共享内存。

共享内存类似消息队列和信号量，它的生命周期也是随内核的，除非用命令才可以删除该共享内存。

ipcs -m //查看创建的共享内存的个数
ipcrm -m shm_id //删除共享内存

• 示例

  #ifndef __COMM__
  #define __COMM__
  #include<stdio.h>
  #include<sys/types.h>
  #include<sys/ipc.h>
  #include<sys/shm.h>
  #include<unistd.h>
  
  #define PATHNAME "."
  #define PROCID 0x6666
  #define SIZE 4096*1
  
  int CreatShm();
  int GetShm();
  int DestroyShm(int shm_id);
  static int CommShm(int flag);
  
  #endif
  

  #include"comm.h"
  
  int CreatShm()
  {
      return CommShm(IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
  }
  
  static int CommShm(int flag)
  {
      key_t key = ftok(PATHNAME, PROCID);
      if (key < 0) {
          perror("ftok");
          return -1;
      }
      int shm_id = shmget(key, SIZE, flag);
      if (shm_id < 0)  {
          perror("shmget");
          return -2;
      }
      return shm_id;
    }
  
  int GetShm()
  {
      return CommShm(IPC_CREAT);
  }
  
  int DestroyShm(int shm_id)
  {
      int ret = shmctl(shm_id, IPC_RMID, NULL);
      if (ret < 0) {
          perror("shmctl");
          return -1;
      }
      return 0;
  }
  

  #include"comm.h"
  
  void testserver()
  {
      int shm_id = CreatShm();
      printf("shm_id=%d\n", shm_id);
      char *mem = (char *)shmat(shm_id, NULL, 0);
      while (1) {
          sleep(1);
          printf("%s\n", mem);
      }
      shmdt(mem);
      DestroyShm(shm_id);
  }
  
  int main()
  {
      testserver();
      return 0;
  }
  

  #include"comm.h"
  
  void testclient()
  {
      int shm_id = GetShm();
      char *mem = (char *)shmat(shm_id, NULL, 0);
      int index = 0;
      while(1) {
          sleep(1);
          mem[index++] = 'A';
          index %= (SIZE - 1);
          mem[index] = '\0';
      }
      shmdt(mem);
      DestroyShm(shm_id);
  }
  
  int main()
  {
      testclient();
      return 0;
  }
  

进程通信方式：套接字

• 域套接字

• TCP套接字