Linux
对共享内存的实现,在
2.6
采用了内存映射技术。对于内存共享,主要集中在三个内核函数,他们是
do_shmat
,
sys_shmat
和
sys_shmdt
。其中,
sys_shmat
调用了
do_shmat
最终实现了共享内存的
attach
。
sys_shmdt
实现了共享内存的
detach
和
destroy
。下面我主要对这三个函数的源码进行分析。在分析之前,首先介绍共享内存实现原理。
原理:
我们知道,
LINUX
的进程拥有自己独立的地址空间,这点和
vxworks
是不同的。系统中多个进程共享同一内存段,可以通过系统提供的共享内存机制进行。当进程向系统提出创建或附着共享内存的申请的时候,内核会为每一个新的共享内存段提供一个
shmid_kernel
的数据结构来维护共享段和文件系统之间的关系(也可以理解成共享内存段和文件系统之间建立关系的桥梁)。下面就是这个数据结构:
这个数据结构定义在
shm.h
头文件中
struct shmid_kernel /* private to the kernel */
{
struct kern_ipc_perm
shm_perm; //
访问权限的信息
struct file *
shm_file; //
指向虚拟文件系统的指针
unsigned long
shm_nattch; //
有多少个进程
attach
上了这个共享内存段
unsigned long
shm_segsz; //
共享内存段大小
//
以下是一些访问时间的相关信息
time_t
shm_atim;
time_t
shm_dtim;
time_t
shm_ctim
;
pid_t
shm_cprid;
pid_t
shm_lprid;
struct user_struct
*mlock_user;
};
该数据结构中最重要的部分就是
shm_file
这个字段。它指向了共享内存对应的文件。在该结构中有一个字段,
f_mapping
,它指向了该内存段使用的页面(物理内存)。同时,结构中,也包含一个字段,
f_path
,用于指向文件系统中的文件
(dentry->inode)
,这样就建立了物理内存和文件系统的桥梁。当进程需要创建或者
attach
共享内存的时候,在用户态,会先向虚拟内存系统申请各自的
vma_struct
,并将其插入到各自任务的红黑树中,该结构中有一个成员
vm_file
,它指向的就是
struct file(shm_file)
。这样虚拟内存、共享内存(文件系统)和物理内存就建立了连接。
接着我们来看看主要的函数:
do_shmat
:
1.
这个函数首先根据
shared memory
的
id
,在内核中查找相应的
shmid_struct
。
shp = shm_lock_check(ns, shmid);
if (IS_ERR(shp)) {
err = PTR_ERR(shp);
goto out;
}
2.
对访问者进行访问权限检查
if (ipcperms(&shp->shm_perm, acc_mode))
goto out_unlock;
3.
获取共享内存对应的文件的信息。
获取文件表项
path.dentry = dget(shp->shm_file->f_path.dentry);
获取挂接点
path.mnt
= shp->shm_file->f_path.mnt;
共享内存引用计数自增
shp->shm_nattch++;
通过
i
节点获取文件大小
size = i_size_read(path.dentry->d_inode);
4.
分配相应的数据结构,并进行初始化。
err = -ENOMEM;
从
slab
分配其中分配
shm_file_data
数据结构
sfd = kzalloc(sizeof(*sfd), GFP_KERNEL);
if (!sfd)
goto out_put_dentry;
分配一个
struct file
的数据结构
file = alloc_file(path.mnt, path.dentry, f_mode, &shm_file_operations);
if (!file)
goto out_free;
初始化
file
。
file->private_data = sfd;
file->f_mapping = shp->shm_file->f_mapping;
sfd->id = shp->shm_perm.id;
sfd->ns = get_ipc_ns(ns);
sfd->file = shp->shm_file;
sfd->vm_ops = NULL;
5.
最后进行内存映射,完成
attach
操作。
user_addr = do_mmap (file, addr, size, prot, flags, 0);
sys_shmat
:
他是系统调用函数,他调用了
do_shmat
。
sys_shmdt
:
首先查找相应的
vma
,如果找到执行
ummap
操作。