Posix共有メモリ

Posix.1では、無関係なプロセス間でのメモリ共有を行う方法を２種類提供している。

1.メモリマップファイル(memory-mapped files): ファイルをopenし、結果のファイルディスクリプタをmmapでプロセスのアドレス空間にマップする

共有メモリオブジェクト(shared memory objects): shm_openでIPC名をオープンし、返されたディスクリプタをmmapでプロセスのアドレス空間にマップする

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shm_open関数、shm_unlink関数

Posix共有メモリの使用には、２ステップの処理が必要。

1.名前引数を与えてshm_openを呼び出す

2.mmapを呼び出し、共有メモリを呼び出したプロセスのアドレス空間にマップする

shm_openで用いた名前引数は、このメモリを他のプロセスから共有する場合に用いる名前になる。

#include <sys/mman.h>

int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);
int shm_unlink(const char *name);

戻り値：成功なら０、エラーなら−１

nameは、IPC名

oflagは、O_RDONLYまたはO_RDWRを指定する必要あり。O_CREAT, O_EXCL, O_TRUNCを追加できる。

modeには許可ビットを指定し、O_CREATフラグが指定された場合に用いられる。shm_openでは、常にmode引数が必要。O_CREATが指定されていない場合、modeにはゼロを指定できる。

shm_openの戻り値は、mmapの第5引数に与えるディスクリプタ。

shm_unlinkは、共有メモリオブジェクトの名前を削除する

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ftruncate関数、fstat関数

mmapを用いる際には、通常ファイルまたは共有メモリオブジェクトのサイズを、ftruncateで変更することができる。

#include <unistd.h>

int ftruncate(int fd, off_t length);

戻り値：成功なら０、エラーなら−1

ftruncateの定義について

通常ファイルに対して：lengthがファイルサイズより小さい場合、余分なデータが削除されファイルは縮小する。lengthがファイルサイズより大きい場合、ファイルサイズの拡張が行われるかどうかは定義されていない。しかし、大半の実装では、ftruncateでファイルサイズを拡張することができる。

共有メモリオブジェクトに対して：ftruncateは、そのオブジェクトの大きさをlengthに設定する。

ディスクリプタを指定して、そのディスクリプタの情報を取得する

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int fstat(int fd, struct stat *buf);

戻り値：成功なら０、エラーなら−1

fdが共有メモリオブジェクトを参照している場合に意味を持つのは、４つのメンバのみ

struct stat {
    mode_t st_mode;
    uid_t st_uid;
    gid_t st_gid;
    off_t st_size;
};

//Posix共有メモリ

#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>

#define FILE_MODE (S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IWGRP|S_IROTH)


void
write_shm()
{
    int i, fd;
    struct stat stat;
    unsigned char *ptr;
    fd = shm_open("/posix_shm", O_RDWR|O_CREAT, FILE_MODE);  
    ftruncate(fd, 1024);
    fstat(fd, &stat);
    ptr = mmap(NULL,
            stat.st_size,
            PROT_READ|PROT_WRITE,
            MAP_SHARED,
            fd,
            0);
    close(fd);
    //Write
    for (i = 0; i < stat.st_size; i++) {
        *ptr++ = i % 256;
    }
}               

void
read_shm()
{
    int i, fd;
    struct stat stat;
    unsigned char c, *ptr;

    fd = shm_open("/posix_shm", O_RDONLY, FILE_MODE);
    fstat(fd, &stat);
    ptr = mmap(NULL,
        stat.st_size,
        PROT_READ,
        MAP_SHARED,
        fd,
        0);
    close(fd);

    for (i = 0; i < stat.st_size; i++) {
        if ( (c = *ptr++) != (i % 256) ) {
            printf("error : ");
        }
        printf("ptr[%d] = %d\n", i, c);
    }
   
    return;
}


int
main()
{
    write_shm();
    read_shm();
    return 0;
}

//Posix共有メモリを用いたメモリマップファイル上の
//カウンタ増加
#include <sys/mman.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <semaphore.h>

#define FILE_MODE (S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IWGRP|S_IROTH)

struct shmstruct {
    int count;
};

sem_t *mutex;


void
init()
{
    int fd;
    struct shmstruct *ptr;
    shm_unlink("/posix_shm");
    fd = shm_open("/posix_shm", 
             O_RDWR|O_CREAT|O_EXCL, 
             FILE_MODE);
    ftruncate(fd, sizeof(struct shmstruct));
    ptr = mmap(NULL,
        sizeof(struct shmstruct),
        PROT_READ|PROT_WRITE,
        MAP_SHARED,
        fd,
        0);
    close(fd);
    sem_unlink("/sem");
    mutex = sem_open("/sem", O_CREAT|O_EXCL, FILE_MODE, 1);
    sem_close(mutex);
}


int
main()
{
    init();
   
    int fd, i, nloop;
    pid_t pid;
    struct shmstruct *ptr;

    nloop = 1000;
    fd = shm_open("/posix_shm", O_RDWR, FILE_MODE);
    ptr = mmap(NULL,
            sizeof(struct shmstruct),
            PROT_READ|PROT_WRITE,
            MAP_SHARED,
            fd,
            0);
    close(fd);

    mutex = sem_open("/sem", 0);
    pid = getpid();
    for (i = 0; i < nloop; i++) {
        sem_wait(mutex);
        printf("pid %ld: %d\n", (long)pid, ptr->count++);
        sem_post(mutex);
    }
   
    return 0;
}