Linux為共享內存提供了四種操作。
1. 共享內存對象的創(chuàng )建或獲得。與其它兩種IPC機制一樣，進(jìn)程在使用共享內存區域以前，必須通過(guò)系統調用sys_ipc （call值為SHMGET）創(chuàng )建一個(gè)鍵值為key的共享內存對象，或獲得已經(jīng)存在的鍵值為key的某共享內存對象的引用標識符。以后對共享內存對象的訪(fǎng) 問(wèn)都通過(guò)該引用標識符進(jìn)行。對共享內存對象的創(chuàng )建或獲得由函數sys_shmget完成，其定義如下：
int sys_shmget (key_t key, int size, int shmflg)
這里key是表示該共享內存對象的鍵值，size是該共享內存區域的大?。ㄒ宰止潪閱挝唬?，shmflg是標志（對該共享內存對象的特殊要求）。
它所做的工作如下：
1) 如果key == IPC_PRIVATE，則創(chuàng )建一個(gè)新的共享內存對象。
* 算出size對應的頁(yè)數，檢查其合法性。
* 搜索向量表shm_segs，為新創(chuàng )建的共享內存對象找一個(gè)空位置。
* 申請一塊內存用于建立shmid_kernel數據結構，注意這里申請的內存區域大小不包括真正的共享內存區，實(shí)際上，要等到第一個(gè)進(jìn)程試圖訪(fǎng)問(wèn)它的時(shí)候 才真正創(chuàng )建共享內存區。
* 根據該共享內存區所占用的頁(yè)數，為其申請一塊空間用于建立頁(yè)表（每頁(yè)4個(gè)字節），將頁(yè)表清0。
* 填寫(xiě)shmid_kernel數據結構，將其加入到向量表shm_segs中為其找到的空位置。
* 返回該共享內存對象的引用標識符。
2) 在向量表shm_segs中查找鍵值為key的共享內存對象，結果有三：
* 如果沒(méi)有找到，而且在操作標志shmflg中沒(méi)有指明要創(chuàng )建新共享內存，則錯誤返回，否則創(chuàng )建一個(gè)新的共享內存對象。
* 如果找到了，但該次操作要求必須創(chuàng )建一個(gè)鍵值為key的新對象，那么錯誤返回。
* 否則，合法性、認證檢查，如有錯，則錯誤返回；否則，返回該內存對象的引用標識符。
共享內存對象的創(chuàng )建者可以控制對于這塊內存的訪(fǎng)問(wèn)權限和它的key是公開(kāi)還是私有。如果有足夠的權限，它也可以把共享內存鎖定在物理內存中。
參見(jiàn)include/linux/shm.h
2. 粘附。在創(chuàng )建或獲得某個(gè)共享內存區域的引用標識符后，還必須將共享內存區域映射（粘附）到進(jìn)程的虛擬地址空間，然后才能使用該共享內存區域。系統調用 sys_ipc（call值為SHMAT）用于共享內存區到進(jìn)程虛擬地址空間的映射，而真正完成粘附動(dòng)作的是函數sys_shmat，其定義如下：
int sys_shmat (int shmid, char *shmaddr, int shmflg, ulong *raddr)
其中：shmid是共享內存對象的引用標識符；
shmaddr該共享內存區域在進(jìn)程的虛擬地址空間對應的虛擬地址；
shmflg是映射標志；
raddr是實(shí)際映射的虛擬空間地址。
該函數所做的工作如下：
1) 根據shmid找到共享內存對象。
2) 如果shmaddr為0，即用戶(hù)沒(méi)有指定該共享內存區域在它的虛擬空間中的位置，則由系統在進(jìn)程的虛擬地址空間中為其找一塊區域（從1G開(kāi)始）；否則，就 用shmaddr作為映射的虛擬地址。
3) 檢查虛擬地址的合法性（不能超過(guò)進(jìn)程的最大虛擬空間大小—3G，不能太接近堆棧棧頂）。
4) 認證檢查。
5) 申請一塊內存用于建立數據結構vm_area_struct，填寫(xiě)該結構。
6) 檢查該內存區域，將其加入到進(jìn)程的mm結構和該共享內存對象的vm_area_struct隊列中。
共享內存的粘附只是創(chuàng )建一個(gè)vm_area_struct數據結構，并將其加入到相應的隊列中，此時(shí)并沒(méi)有創(chuàng )建真正的共享內存頁(yè)。
當進(jìn)程第一次訪(fǎng)問(wèn)共享虛擬內存的某頁(yè)時(shí)，因為所有的共享內存頁(yè)還都沒(méi)有分配，所以會(huì )發(fā)生一個(gè)page fault異常。當Linux處理這個(gè)page fault的時(shí)候，它找到發(fā)生異常的虛擬地址所在的vm_area_struct數據結構。在該數據結構中包含有這類(lèi)共享虛擬內存的一組處理例程，其中的 nopage操作用來(lái)處理虛擬頁(yè)對應的物理頁(yè)不存在的情況。對共享內存，該操作是shm_nopage（定義在ipc/shm.c中）。該操作在描述這個(gè) 共享內存的shmid_kernel數據結構的頁(yè)表shm_pages中查找發(fā)生page fault異常的虛擬地址所對應的頁(yè)表條目，看共享頁(yè)是否存在（頁(yè)表條目為0，表示共享頁(yè)是第一次使用）。如果不存在，它就分配一個(gè)物理頁(yè)，并為它創(chuàng )建一 個(gè)頁(yè)表條目。這個(gè)條目不但進(jìn)入當前進(jìn)程的頁(yè)表，同時(shí)也存到shmid_kernel數據結構的頁(yè)表shm_pages中。
當下一個(gè)進(jìn)程試圖訪(fǎng)問(wèn)這塊內存并得到一個(gè)page fault的時(shí)候，經(jīng)過(guò)同樣的路徑，也會(huì )走到函數shm_nopage。此時(shí)，該函數查看shmid_kernel數據結構的頁(yè)表shm_pages時(shí)， 發(fā)現共享頁(yè)已經(jīng)存在，它只需把這里的頁(yè)表項填到進(jìn)程頁(yè)表的相應位置即可，而不需要重新創(chuàng )建物理頁(yè)。所以，是第一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)共享內存頁(yè)的進(jìn)程使得這一頁(yè)被創(chuàng )建， 而隨后訪(fǎng)問(wèn)它的其它進(jìn)程僅把此頁(yè)加到它們的虛擬地址空間。
3. 分離。當進(jìn)程不再需要共享虛擬內存的時(shí)候，它們與之分離（detach）。只要仍舊有其它進(jìn)程在使用這塊內存，這種分離就只會(huì )影響當前的進(jìn)程，而不會(huì )影響 其它進(jìn)程。當前進(jìn)程的vm_area_struct數據結構被從shmid_ds中刪除，并被釋放。當前進(jìn)程的頁(yè)表也被更新，共享內存對應的虛擬內存頁(yè)被 標記為無(wú)效。當共享這塊內存的最后一個(gè)進(jìn)程與之分離時(shí)，共享內存頁(yè)被釋放，同時(shí)，這塊共享內存的shmid_kernel數據結構也被釋放。
系統調用sys_ipc（call值為SHMDT）用于共享內存區與進(jìn)程虛擬地址空間的分離，而真正完成分離動(dòng)作的是函數sys_shmdt，其定義如 下：
int sys_shmdt (char *shmaddr)
其中shmaddr是進(jìn)程要分離的共享頁(yè)的開(kāi)始虛擬地址。
該函數搜索進(jìn)程的內存結構中的所有vm_area_struct數據結構，找到地址shmaddr對應的一個(gè)，調用函數do_munmap將其釋放。
在函數do_munmap中，將要釋放的vm_area_struct數據結構從進(jìn)程的虛擬內存中摘下，清除它在進(jìn)程頁(yè)表中對應的頁(yè)表項（可能占多個(gè)頁(yè)表 項），調用該共享內存數據結構vm_area_struct的操作例程中的close操作（此處為shm_close）做進(jìn)一步的處理。
在函數shm_close（定義在ipc/shm.c中）中，找到該共享內存對象在向量表shm_segs中的索引，從而找到該共享內存對象，將該共享內 存在當前進(jìn)程中對應的vm_area_struct數據結構從對象的共享內存區域鏈表（由vm_next_share和vm_pprev_share指針 連接）中摘下。如果目前與該共享內存對象粘附的進(jìn)程數變成了0，則釋放共享內存頁(yè)，釋放共享內存頁(yè)表，釋放該對象的shmid_kernel數據結構，將 向量表shm_segs中該共享內存對象所占用的項改為IPC_UNUSED。
聯(lián)系客服
