Linux: Полное руководство - Денис Колисниченко

 unsigned short shm_npages;

 /* размеры сегмента (в страницах) */

 /* массив указателей на $frames -> S$*/

 unsigned long *shm_pages;

 struct vm_area_struct *attaches;

 /* дескрипторы для привязок */

};

Я немного сократил эту структуру, оставив описание только нужных нам полей. Полагаю, что вы в нем разберетесь. Возможно, вас заинтересовали термины «привязка» и «отвязка». Привязка — это размещение сегмента в адресном пространстве процесса, подключение к разделяемому сегменту памяти (РСП). Отвязка, соответственно, — отключение, Поле shm_nattch содержит количество привязок к РСП на данный момент.

Для создания нового РСП используется системный вызов shmget(). Этот же вызов используется для подключения к уже существующему РСП.

int shmget(key_t key, int size, int shmflg);

Первый аргумент — это ключ IPC, полученный с помощью ftok(), второй — размер РСП в байтах, а третий — флаги системного вызова shmget. Если установлен флаг IPC_CREAT, системный вызов создаст новый РСП или подключится к уже существующему сегменту, если обнаружится, что уже есть такой сегмент (с таким же значением ключа). Если установлен флаг IPC_EXCL вместе с IPC_CREAT (сам по себе он бесполезен) подключение к существующему РСП запрещается.

Системный вызов shmget() возвращает идентификатор РСП или -1, если произошла ошибка. Переменная errno устанавливается так:

♦ EACCESS — не хватает полномочий для доступа к сегменту;

♦ EINVAL — неправильно заданы размеры сегмента;

♦ EEXISTS — сегмент уже существует, создание невозможно. Вы получите эту ошибку, если будете использовать флаг IPC_EXCL вместе с IPC_CREAT при условии, что сегмент уже существует;

♦ IDRM — сегмент помечен на удаление или уже удален;

♦ ENOMEM — не хватает памяти для создания сегмента.

Приведем пример функции открытия/создания РСП:

int open_shms(key_t key, int size) {

 return (shmget(key, size, IPC_CREAT | 0660 )) == -1));

}

После получения идентификатора РСП мы должны «привязаться» к этому сегменту, то есть разместить сегмент в своем адресном пространстве. Для этого используется системный вызов shmat() (shared memory attachment):

int shmat(int shmid, char *shmaddr, int shmflg);

Первый аргумент — это идентификатор РСП, который мы получаем с помощью предыдущего вызова. Второй аргумент — это адрес привязки. Если указать вместо адреса ноль, то ядро само найдет нераспределенную область.

Третий аргумент — это флаги. Обычно используется два флага:

♦ SHM_RND — переданный адрес будет округлен до ближайшей страницы (если вы сами указываете адрес);

♦ SHM_RDONLY — РСП будет доступен только для чтения.

В случае успеха shmat() возвращает адрес, по которому сегмент был привязан к процессу, или -1, если произошла ошибка. Переменная errno может принимать всего три значения:

♦ EACCESS — нет доступа;

♦ ENOMEM — не хватает памяти;

♦ EINVAL — ошибка в параметрах, то есть неправильное значение ID или адреса привязки (shmaddr).

Пример привязки:

char *ptr;

prt = shmat(sh_id,0,0);

После привязки сегмента к адресному пространству доступны операции чтения и записи, которые очень напоминают работу с простыми указателями.

Для снятия привязки используется системный вызов shmdt():

int shmdt(char *shmaddr);

В случае ошибки данный системный вызов возвращает -1. Значение errno только одно: EINVAL, то есть вы неправильно указали адрес привязки. После отвязки значение элемента shm_nattch структуры shmid_ds уменьшается на 1. Если больше нет привязок, то есть shm_nattch = 0, сегмент будет удален ядром.

Для управления РСП используется системный вызов shmctl():

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

Первый аргумент — это идентификатор РСП, второй — команда, а третий — буфер для команд IPC_STAT/IPC_SET. Команд для управления три:

♦ IPC_STAT — сохраняет структуру shmid_ds по адресу buf;

♦ IPC_SET — берет значение элемента ipc_perm структуры shmid_ds и устанавливает его для сегмента. Значение берется из buf;

♦ IPC_RMID — помечает сегмент для удаления, само удаление произойдет, как только последний процесс отвяжется от сегмента. Если сегмент помечен на удаление, ни один процесс не сможет привязаться к сегменту.

В случае успеха системный вызов shmctl() возвращает 0 или -1, если произошла ошибка. Переменная errno устанавливается так:

♦ EACCESS — нет прав;

♦ EFAULT — ошибочный адрес buf;

♦ EIDRM — сегмент помечен на удаление;

♦ EINVAL — неправильный идентификатор сегмента.

Вот теперь мы готовы к написанию демонстрационной программы для работы с разделяемыми сегментами памяти.

Листинг 26.6. Демонстрационная программа shm_demo.c

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/shm.h>

/* размер нашего сегмента - 256 байтов */

#define SIZE 256

int main(int argc, char *argv[]) {

 key_t key; /* ключ */

 int shmid, с; /* идентификатор */

 char *ptr; /* указатель, через который мы будем

               работать с сегментом */

 /* Если аргументы не указаны ... */

 if (argc == 1) {

  printf("shm_demo usage:n");

  printf("shm_demo -w string записать строку в сегментn");

  printf("shm_demo -r прочитать инф. из сегментаn");

  printf("shm_demo -d удалить сегментn");

  printf("shm_demo -m mode изменить права доступаn");

  exit(1);

 }

 /* Генерируем ключ IPC */

 key = ftok(".", 'D');

 /* Пытаемся создать сегмент */

 if ((shmid =

  shmget(key, SIZE, IPC_CREAT|IPC_EXCL|0660)) == -1) {

  printf("Сегмент существует, подключаемся к нему...n");

  /* Используем shmget без IPC_EXCL */

  if ((shmid = shmget(key, SIZE, 0)) == -1) {

   printf("Ошибка в shmgetn");

   exit(1);

  }

 } else {

  printf("Создаем новый сегментn");

 }

 /* Привязываемся к сегменту */

 if ((ptr = shmat(shmid, 0, 0)) == -1) {

  perror("shmat");

  exit(1);

 }

 /* Разбираем параметры командной строки:

  w - запись в сегмент

  r - чтение

  d - удаление сегмента

  m — изменение прав доступа */

 switch(tolower(argv[1][1])) {

 case 'w':

  shm_write(shmid, ptr, argv[2]);

  break;

 case 'r':

  shm_read(shmid, ptr);

  break;

 case 'd':

  shm_rm(shmid);

  break;

 case 'm':

  shm_change_mode(shmid, argv[2]);

  break;

 }

}

/* Функция для записи в сегмент: ей нужно передать

ID сегмента, адрес привязки и записываемую информацию */

shm_write(int shmid, char *ptr, char *info) {

 strcpy(ptr, info);

}

/* Функция чтения информации из сегмента */

shm_read(int shmid, char *ptr) {

 printf("Информация из сегмента: %sn", ptr);

}

/* Функция удаления сегмента */

shm_rm(int shmid) {

 shmctl(shmid, IPC_RMID, 0);

 printf("Сегмент помечен на удалениеn");

}

/* Функция изменения прав доступа. Ей нужно передать

 идентификатор сегмента и права доступа в виде строки,

 например, "0666" * /

shm_change_mode(int shmid, char *mode) {

 struct shmid_ds mds;

 shmctl(shmid, IPC_STAT, &mds);

 printf("Старые права доступа: %on", mds.shm_perm.mode);

 sscanf(mode, "%o", &mds.shm_perm.mode);

 shmctl(shmid, IPC_SET, &mds);

 printf("Новые права доступа: %on", mds.shm_perm.mode);

}

Использовать программу нужно так:

./shm_demo -w строка

запись строки в сегмент

./shm_demo -r

чтение строки из сегмента

./shmdemo -m права

изменение прав доступа

./shm_demo -d

удаление сегмента

Выполните команду

$ ./shm_demo -w string

А затем запустите утилиту ipcs. Вы увидите, что наша программа создала разделяемый сегмент памяти:

------ Shared Memory Segments ------

key shmid owner perms bytes nattch status

0x44063781 0 root 660 256 0

------ Semaphore Arrays ------

key semid owner perns nsems status

------ Message Queues ------

key msqid owner perms used-bytes messages

Затем выполните команду:

$ ./shm_demo -r

Вы получите информацию:

Информация из сегмента: string

Попробуем изменить права доступа, а затем просмотреть информацию командой ipcs:

$./shm_demo -m 0666

------ Shared Memory Segments ------

key        shmid owner perms bytes nattch status

0x44063781     0 root    660   256        0

------ Semaphore Arrays ------