shmem
简介
Linux 支持的共享内存方式:System V 和 POSIX 共享内存。
POSIX 共享内存
函数原型:
int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);
int shm_unlink(const char *name);调用 shm_open() 创建或打开一个共享内存对象 /dev/shm/<name>,属性为 oflag,, 文件节点的权限为 mode(当 oflag 有 O_CREAT 标志,创建一个新共享内存对象)
一个新共享内存对象被创建时,初始长度为 0,需要调用 ftruncate() 来设置 共享内存对象的大小,并且自动初始化为 0。
正常调用 mmap()/munmap 将共享内存对象映射到进程虚拟地址空间中/从进程虚拟地址空间中解除映射即可。
共享内存对象需要手动调用 shm_unlink() 进行删除,否则一直存在系统中或系统重启才消失
可以在命令行执行 ls /dev/shm/ 查看目前系统中存在的共享内存对象
例子:
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main(void)
{
struct stat stat_buf;
char *buf;
int fd;
fd = shm_open("shmtest", O_RDWR | O_CREAT, 0777);
ftruncate(fd, 4096);
fstat(fd, &stat_buf);
printf("st_size 0x%lx\n", stat_buf.st_size);
buf = mmap(NULL, 4096, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
*buf = 0x11;
printf("buf 0x%x\n", *buf);
munmap(buf, 4096);
shm_unlink("shmtest");
return 0;
}调用流程:用户空间接口 ~ 系统调用接口
调用流程:系统调用接口 ~ 内核空间
详细解析:
posix shmem 将看成 "文件页" 进行处理的,但是分配的物理页属于匿名页。
posix shmem 是基于虚拟内存文件系统 tmpfs,当创建一个 shmem 时,会在 /dev/shm/ 中 创建一个文件,于是当 shmem 触发 pagefault 时,与普通文件页 pagefault 一样调用 vma->vm_ops->fault,即 shmem_fault() 函数。
调用 shmem_alloc_folio() 分配一个 folio,然后调用 __folio_set_swapbacked() 设置 folio 的 swapbacked 标志,表示该 folio 是匿名页。这样在后面 folio_is_file_lru() 返回 false,将该 folio 加入到匿名页 LRU 链表中。并且调用 update_lru_size() 更新 /proc/meminfo 中的 Inactive(anon) 字段。
shmem_alloc_folio() 分配的 folio,也会调用 shmem_add_to_page_cache() 将 folio 添加到 /dev/shm/xxx 的 xarray 中,这样后面访问该页时,可以直接从 xarray 获取 page cache。
System V 共享内存
函数原型:
调用 shmget() 通过 key 创建或打开一个共享内存对象,大小为 size, 文件节点的权限为 shmflg(当 shmflg 有 IPC_CREAT 标志,创建一个新共享内存对象)
调用 shmat() 将 shmid 对应的共享内存对象 映射到 进程虚拟地址空间中, 如果 shmaddr 为 NULL,由内核自动查找空闲的虚拟地址空间进行映射,并且返回。
调用 shmdt() 将虚拟地址 shmaddr 对应的共享内存对象进行解除映射
共享内存对象需要手动调用 shmctl() 进行删除,否则一直存在系统中或系统重启才消失
可以在命令行执行 ipcs -m 查看目前系统中存在的共享内存对象
例子:
调用流程:用户空间接口 ~ 系统调用接口
调用流程:系统调用接口 ~ 内核空间
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