IPC_共享内存

在IPC(InterProcess Communication)的通信模式下，不管是使用消息队列还是共享内存，甚至是信号量，每个IPC的对象(object)都有唯一的名字，称为“键”(key)。通过“键”，进程能够识别所用的对象。“键”与IPC对象的关系就如同文件名称之于文件，通过文件名，进程能够读写文件内的数据，甚至多个进程能够共用一个文件。而在IPC的通讯模式下，通过“键”的使用也使得一个IPC对象能为多个进程所共用。
Linux系统中的所有表示System V中IPC对象的数据结构都包括一个ipc_perm结构，其中包含有IPC对象的键值，该键用于查找System V中IPC对象的引用标识符。如果不使用“键”，进程将无法存取IPC对象，因为IPC对象并不存在于进程本身使用的内存中。
通常，都希望自己的程序能和其他的程序预先约定一个唯一的键值，但实际上并不是总可能的成行的，因为自己的程序无法为一块共享内存选择一个键值。因此，在此把key设为IPC_PRIVATE，这样，操作系统将忽略键，建立一个新的共享内存，指定一个键值，然后返回这块共享内存IPC标识符ID。而将这个新的共享内存的标识符ID告诉其他进程可以在建立共享内存后通过派生子进程，或写入文件或管道来实现。

要使用共享内存，应该有如下步骤：
1.开辟一块共享内存 shmget()
2.允许本进程使用共某块共享内存 shmat()
3.写入/读出

需要删除这块内存的时候，步骤为

4.禁止本进程使用这块共享内存 shmdt()
5.删除这块共享内存 shmctl()或者命令行下ipcrm

过程会用到以下的这些函数：

（1）创建一个新的共享内存区或打开一存在的共享内存区

　　int shmget( key_t key , int shmsiz , int flag );

　　 说明：创建一个新的共享内存区或打开一存在的共享内存区

执行成功时返回共享内存的ID，失败时返回-1。

　　key_t key： 是这块共享内存的标识符。如果是父子关系的进程间通信的话，这个标识符用IPC_PRIVATE来代替。如果两个进程没有任何关系，所以就用ftok()算出来一个标识符（或者自己定义一个）使用了。

　　int size：共享内存的大小．
　　int flag： 共享内存的模式(mode)以及权限标识。
　　模式可取如下值：       
　　IPC_CREAT 新建（如果已创建则返回目前共享内存的id）
　　IPC_EXCL   与IPC_CREAT结合使用，如果已创建则返回错误
　　然后将“模式” 和“权限标识”进行“或”运算，做为第三个参数。
　　如：    IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0640  
　　例子中的0666为权限标识,4/2/1 分别表示读/写/执行3种权限，第一个0是UID,第一个6（4+2）表示拥有者的权限，第二个4表示同组权限，第3个0表示他人的权限。

　　如果单独使用IPC_CREAT，shmget()函数要么返回一个已经存在的共享内存的操作符，要么返回一个新建的共享内存的标识符。

　　如果将IPC_CREAT和IPC_EXCL标志一起使用，shmget()将返回一个新建的共享内存的标识符；如果该共享内存已存在，或者返回-1。

　　IPC_EXEL标志本身并没有太大的意义，但是和IPC_CREAT标志一起使用可以用来保证所得的对象是新建的，而不是打开已有的对象。

　　对于用户的读取和写入许可指定SHM_R和SHM_W,(SHM_R>3)和(SHM_W>3)是一组读取和写入许可，而(SHM_R>6)和(SHM_W>6)是全局读取和写入许可。
　　需要注意的是，使用参数要加上 | 0666 作为校验，在有些Linux系统中，如果不加此校验，则不能顺利获取共享空间的值（如Ubuntu）。此外，有两个常用参数，一般要同时出现，他们是：S_IRUSH | S_IWUSR 。由于这两个参数非常常用，程序员一般做这样的操作
　　#define PERM S_IRUSR | S_IWUSR | IPC_CREAT
　　这样一来，第三个参数就可以直接用PERM来表示了！

返回值
-----------------------------------------------
成功返回共享内存的标识符；不成功返回-1，errno储存错误原因。
    EINVAL        参数size小于SHMMIN或大于SHMMAX。
    EEXIST        预建立key所致的共享内存，但已经存在。
    EIDRM         参数key所致的共享内存已经删除。
    ENOSPC        超过了系统允许建立的共享内存的最大值(SHMALL )。
    ENOENT        参数key所指的共享内存不存在，参数shmflg也未设IPC_CREAT位。
    EACCES        没有权限。
    ENOMEM        核心内存不足。

　　关于这个函数，要多说两句。

　　创建共享内存时，shmflg参数至少需要 IPC_CREAT | 权限标识，如果只有IPC_CREAT 则申请的地址都是k=0xffffffff，不能使用；
　　获取已创建的共享内存时，shmflg不要用IPC_CREAT（只能用创建共享内存时的权限标识，如0640），否则在某些情况下，比如用ipcrm删除共享内存后，用该函数并用IPC_CREAT参数获取一次共享内存（当然，获取失败），则即使再次创建共享内存也不能成功，此时必须更改key来重建共享内存。

另：所有的内存分配操作都是以页为单位的。所以如果一段进程只申请一块只有一个字节的内存，内存也会分配整整一页(在i386机器中一页的缺省大小PACE_SIZE=4096字节)这样，新创建的共享内存的大小实际上是从size这个参数调整而来的页面大小。即如果size为1至4096，则实际申请到的共享内存大小为4K(一页)；4097到8192，则实际申请到的共享内存大小为8K(两页)，依此类推。

（2） 返回共享内存区在调用进程内的起始地址

　　void *shmat( int shmid , char *shmaddr , int shmflag );

　　用来允许本进程访问一块共享内存。

　　成功时，这个函数返回共享内存的起始地址。失败时返回-1

　　int shmid：共享内存的ID。　
　　char *shmaddr：共享内存的起始地址，如果shmaddr为0，内核会把共享内存映像到调用进程的地址空间中选定位置；如果shmaddr不为0，内核会把共享内存映像到shmaddr指定的位置。所以一般把shmaddr设为0。
　　int shmflag：是本进程对该内存的操作模式。如果是SHM_RDONLY的话，就是只读模式。其它的是读写模式成功时，这个函数返回共享内存的起始地址。失败时返回-1。

（3）删除本进程对这块内存的使用

　　int shmdt( char *shmaddr );
　　参数char *shmaddr是那块共享内存的起始地址。
　　成功时返回0。失败时返回-1。

　　附：shmdt()与shmat()相反，是用来禁止本进程访问一块共享内存的函数。

　　当一个进程不再需要共享内存段时，它将调用shmdt()系统调用取消这个段，但是，这并不是从内核真正地删除这个段，而是把相关shmid_ds结构的 shm_nattch域的值减1，当这个值为0时，内核才从物理上删除这个共享段

（4）控制对这块共享内存的使用

　　int     shmctl( int shmid , int cmd , struct shmid_ds *buf );

　　成功返回0，失败返回-1。
　　int shmid： 共享内存的ID。
　　int cmd：是控制命令，可取值如下：
        IPC_STAT        得到共享内存的状态
        IPC_SET         改变共享内存的状态
        IPC_RMID        删除共享内存
　　struct shmid_ds *buf： 是一个结构体指针。IPC_STAT的时候，取得的状态放在这个结构体中。如果要改变共享内存的状态，用这个结构体指定。

　　IPC_RMID 命令实际上不从内核删除一个段，而是仅仅把这个段标记为删除，实际的删除发生在最后一个进程离开这个共享段时。

　　请注意，共享内存不会随着程序结束而自动消除，要么调用shmctl删除，要么自己用手敲命令去删除，否则永远留在系统中。

Q&A:

1, 今天调试的时候发现了以下的这些问题：两个需要通信的进程使用一个同样的字符串调用ftok生成key，并对该key调用shmget，其中有一个不能访问到共享内存区。查阅了UNP2才明白了。

ftok将一个已存在的路径名和一个整数标识符转换成一个key_t值。

key_t ftok(const char *pathname, int proj_id)

ftok会组合三个值来产生key：

1、pathname所在的文件系统的信息。

2、该文件在本文件系统内的索引节点号。

3、id的低序8位。

key_t的生成是以一个已存在的文件作为输入，并不是简单的字符串散列函数，必须真正存在某个文件，才能将其位置传入ftok。

2，

收集整理了些资料，做了个简单的对比

IPC_共享内存