Linux进程间通信共享内存

　　共享内存（Shared Memory）

　　共享内存区域是被多个进程共享的一部分物理内存。如果多个进程都把该内存区域映射到自己的虚拟地址空间，则这些进程就都可以直接访问该共享内存区域，从而 可以通过该区域进行通信。共享内存是进程间共享数据的一种最快的方法，一个进程向共享内存区域写入了数据，共享这个内存区域的所有进程就可以立刻看到其中 的内容。这块共享虚拟内存的页面，出现在每一个共享该页面的进程的页表中。但是它不需要在所有进程的虚拟内存中都有相同的虚拟地址。

　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　图 共享内存映射图

　　象所有的 System V IPC对象一样，对于共享内存对象的访问由key控制，并要进行访问权限检查。内存共享之后，对进程如何使用这块内存就不再做检查。它们必须依赖于其它机 制，比如System V的信号灯来同步对于共享内存区域的访问。

　　每一个新创建的共享内存对象都用一个shmid_kernel数据结构来表达。系统中所有的shmid_kernel数据结构都保存在shm_segs向 量表中，该向量表的每一个元素都是一个指向shmid_kernel数据结构的指针。shm_segs向量表的定义如下：

　　struct shmid_kernel *shm_segs[SHMMNI];

　　SHMMNI为128，表示系统中最多可以有128个共享内存对象。

　　数据结构shmid_kernel的定义如下：

　　struct shmid_kernel

　　{

　　struct shmid_ds u;         /* the following are private */

　　unsigned long shm_npages;  /* size of segment (pages) */

　　unsigned long *shm_pages;  /* array of ptrs to frames -> SHMMAX */

　　struct vm_area_struct *attaches;  /* descriptors for attaches */

　　};

　　其中：shm_pages是该共享内存对象的页表，每个共享内存对象一个，它描述了如何把该共享内存区域映射到进程的地址空间的信息。

　　shm_npages是该共享内存区域的大小，以页为单位。

　　shmid_ds是一个数据结构，它描述了这个共享内存区的认证信息，字节大小，最后一次粘附时间、分离时间、改变时间，创建该共享区域的进程，最后一次 对它操作的进程，当前有多少个进程在使用它等信息。其定义如下：

　　struct shmid_ds {

　　struct ipc_perm shm_perm;   /* operation perms */

　　int shm_segsz;              /* size of segment (bytes) */

　　__kernel_time_t shm_atime;  /* last attach time */

　　__kernel_time_t shm_dtime;  /* last detach time */

　　__kernel_time_t shm_ctime;  /* last change time */

　　__kernel_ipc_pid_t shm_cpid; /* pid of creator */

　　__kernel_ipc_pid_t shm_lpid; /* pid of last operator */

　　unsigned short shm_nattch;   /* no. of current attaches */

　　unsigned short shm_unused;   /* compatibility */

　　void *shm_unused2;           /* ditto - used by DIPC */

　　void *shm_unused3;           /* unused */

　　};

　　attaches描述被共享的物理内存对象所映射的各进程的虚拟内存区域。每一个希望共享这块内存的进程都必须通过系统调用将其粘附（attach）到它 的虚拟内存中。这一过程将为该进程创建了一个新的描述这块共享内存的vm_area_struct数据结构。进程可以选择共享内存在它的虚拟地址空间的位 置，也可以让Linux为它选择一块足够的空闲区域。

　　这个新的vm_area_struct结构除了要连接到进程的内存结构mm中以外，还被连接到共享内存数据结构shmid_kernel的一个链表中，该 结构中的attaches指针指向该链表。vm_area_struct数据结构中专门提供了两个指针：vm_next_shared和 vm_prev_shared，用于连接该共享区域在使用它的各进程中所对应的vm_area_struct数据结构。其实，虚拟内存并没有在粘附的时候 创建，而要等到第一个进程试图访问它的时候才创建。

　　
　　　　　　　　　　　　　　图 System V IPC 机制 - 共享内存

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