• 參數(shù) shmid 是 shmget() 函數(shù)返回的標(biāo)識(shí)符。
• 參數(shù) shmaddr 是要關(guān)聯(lián)的虛擬內(nèi)存地址，如果傳入0，表示由系統(tǒng)自動(dòng)選擇合適的虛擬內(nèi)存地址。
• 參數(shù) shmflg 若指定了 SHM_RDONLY 位，則以只讀方式連接此段，否則以讀寫方式連接此段。

函數(shù)調(diào)用成功返回一個(gè)可用的指針（虛擬內(nèi)存地址），出錯(cuò)返回-1。

3. 取消關(guān)聯(lián)共享內(nèi)存

當(dāng)一個(gè)進(jìn)程不需要共享內(nèi)存的時(shí)候，就需要取消共享內(nèi)存與虛擬內(nèi)存地址的關(guān)聯(lián)。取消關(guān)聯(lián)共享內(nèi)存通過(guò) shmdt() 函數(shù)實(shí)現(xiàn)，原型如下：

• 參數(shù) shmaddr 是要取消關(guān)聯(lián)的虛擬內(nèi)存地址，也就是 shmat() 函數(shù)返回的值。

函數(shù)調(diào)用成功返回0，出錯(cuò)返回-1。

共享內(nèi)存使用例子

下面通過(guò)一個(gè)例子來(lái)介紹一下共享內(nèi)存的使用方法。在這個(gè)例子中，有兩個(gè)進(jìn)程，分別為 進(jìn)程A 和 進(jìn)程B，進(jìn)程A 創(chuàng)建一塊共享內(nèi)存，然后寫入數(shù)據(jù)，進(jìn)程B 獲取這塊共享內(nèi)存并且讀取其內(nèi)容。

進(jìn)程A

進(jìn)程B

測(cè)試時(shí)先運(yùn)行進(jìn)程A，然后再運(yùn)行進(jìn)程B，可以看到進(jìn)程B會(huì)打印出 “Hello World”，說(shuō)明共享內(nèi)存已經(jīng)創(chuàng)建成功并且讀取。

共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn)原理

我們先通過(guò)一幅圖來(lái)了解一下共享內(nèi)存的大概原理，如下圖：

通過(guò)上圖可知，共享內(nèi)存是通過(guò)將不同進(jìn)程的虛擬內(nèi)存地址映射到相同的物理內(nèi)存地址來(lái)實(shí)現(xiàn)的，下面將會(huì)介紹Linux的實(shí)現(xiàn)方式。

在Linux內(nèi)核中，每個(gè)共享內(nèi)存都由一個(gè)名為 struct shmid_kernel 的結(jié)構(gòu)體來(lái)管理，而且Linux限制了系統(tǒng)最大能創(chuàng)建的共享內(nèi)存為128個(gè)。通過(guò)類型為 struct shmid_kernel 結(jié)構(gòu)的數(shù)組來(lái)管理，如下：

從注釋可以知道 struct shmid_kernel 結(jié)構(gòu)體各個(gè)字段的作用，比如 shm_npages 字段表示共享內(nèi)存使用了多少個(gè)內(nèi)存頁(yè)。而 shm_pages 字段指向了共享內(nèi)存映射的虛擬內(nèi)存頁(yè)表項(xiàng)數(shù)組等。

另外 struct shmid_ds 結(jié)構(gòu)體用于管理共享內(nèi)存的信息，而 shm_segs數(shù)組 用于管理系統(tǒng)中所有的共享內(nèi)存。

shmget() 函數(shù)實(shí)現(xiàn)

通過(guò)前面的例子可知，要使用共享內(nèi)存，首先需要調(diào)用 shmget() 函數(shù)來(lái)創(chuàng)建或者獲取一塊共享內(nèi)存。shmget() 函數(shù)的實(shí)現(xiàn)如下：

shmget() 函數(shù)的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，首先調(diào)用 findkey() 函數(shù)查找值為key的共享內(nèi)存是否已經(jīng)被創(chuàng)建，findkey() 函數(shù)返回共享內(nèi)存在 shm_segs數(shù)組 的索引。如果找到，那么直接返回共享內(nèi)存的標(biāo)識(shí)符即可。否則就調(diào)用 newseg() 函數(shù)創(chuàng)建新的共享內(nèi)存。newseg() 函數(shù)的實(shí)現(xiàn)也比較簡(jiǎn)單，就是創(chuàng)建一個(gè)新的 struct shmid_kernel 結(jié)構(gòu)體，然后設(shè)置其各個(gè)字段的值，并且保存到 shm_segs數(shù)組 中。

shmat() 函數(shù)實(shí)現(xiàn)

shmat() 函數(shù)用于將共享內(nèi)存映射到本地虛擬內(nèi)存地址，由于 shmat() 函數(shù)的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，所以我們分段來(lái)分析這個(gè)函數(shù)：

上面這段代碼主要通過(guò) shmid 標(biāo)識(shí)符來(lái)找到共享內(nèi)存描述符，上面說(shuō)過(guò)系統(tǒng)中所有的共享內(nèi)存到保存在 shm_segs 數(shù)組中。

上面的代碼主要找到一個(gè)可用的虛擬內(nèi)存地址，如果在調(diào)用 shmat() 函數(shù)時(shí)沒(méi)有指定了虛擬內(nèi)存地址，那么就通過(guò) get_unmapped_area() 函數(shù)來(lái)獲取一個(gè)可用的虛擬內(nèi)存地址。

上面的代碼主要通過(guò)調(diào)用 kmem_cache_alloc() 函數(shù)創(chuàng)建一個(gè) vm_area_struct 結(jié)構(gòu)，在內(nèi)存管理一章知道，vm_area_struct 結(jié)構(gòu)用于管理進(jìn)程的虛擬內(nèi)存空間。

上面的代碼主要是設(shè)置剛創(chuàng)建的 vm_area_struct 結(jié)構(gòu)的各個(gè)字段，比較重要的是設(shè)置其 vm_ops 字段為 shm_vm_ops，shm_vm_ops 定義如下：

shm_vm_ops 的 nopage 回調(diào)為 shm_nopage() 函數(shù)，也就是說(shuō)，當(dāng)發(fā)生頁(yè)缺失異常時(shí)將會(huì)調(diào)用此函數(shù)來(lái)恢復(fù)內(nèi)存的映射。

從上面的代碼可看出，shmat() 函數(shù)只是申請(qǐng)了進(jìn)程的虛擬內(nèi)存空間，而共享內(nèi)存的物理空間并沒(méi)有申請(qǐng)，那么在什么時(shí)候申請(qǐng)物理內(nèi)存呢？答案就是當(dāng)進(jìn)程發(fā)生缺頁(yè)異常的時(shí)候會(huì)調(diào)用 shm_nopage() 函數(shù)來(lái)恢復(fù)進(jìn)程的虛擬內(nèi)存地址到物理內(nèi)存地址的映射。

shm_nopage() 函數(shù)實(shí)現(xiàn)

shm_nopage() 函數(shù)是當(dāng)發(fā)生內(nèi)存缺頁(yè)異常時(shí)被調(diào)用的，代碼如下：

shm_nopage() 函數(shù)的主要功能是當(dāng)發(fā)生內(nèi)存缺頁(yè)時(shí)，申請(qǐng)新的物理內(nèi)存頁(yè)，并映射到共享內(nèi)存中。由于使用共享內(nèi)存時(shí)會(huì)映射到相同的物理內(nèi)存頁(yè)上，從而不同進(jìn)程可以共用此塊內(nèi)存。