linux下共享内存mmap()方法和shmget()方法的疑问？
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匿名用户不能发表回复！|工作中准备使用进程间共享内存。从网上查看到了以下帖子：
&http://www.cnblogs.com/feisky/archive//1693488.html
&帖子中有两个例程，准备运行一下试试。
&结果在测试server.c时，就遇到问题了。
&server.c的源码如下：
&/* server.c:向共享内存中写入People */
&#include &ltstdio.h&gt
&#include &ltsys/types.h&gt
&#include &ltsys/ipc.h&gt
&#include &ltsys/sem.h&gt
&int main()
& struct People {
char name[10];
& semkey = ftok(&server.c&, 0);
& shmkey = ftok(&client.c&, 0);
& /* 创建共享内存和信号量的IPC */
& semid = semget(semkey, 1, 0666 | IPC_CREAT);
& if (semid == -1)
printf(&creat sem is fail\n&);
& shmid = shmget(shmkey,
| IPC_CREAT);
& if (shmid == -1)
printf(&creat shm is fail\n&);
& /* 设置信号量的初始值，就是资源个数 */
& union semun {
struct semid_ds *
& } sem_u;
& sem_u.val = 1;
& semctl(semid, 0, SETVAL, sem_u);
& /* 将共享内存映射到当前进程的地址中，之后直接对进程中的地址addr操作就是对共享内存操作 */
& struct People *
& addr = (struct People*) shmat(shmid, 0, 0);
& if (addr == (struct People*) -1)
printf(&shm shmat is fail\n&);
& /* 信号量的P操作 */
& void p() {
struct sembuf sem_p;
sem_p.sem_num = 0;
sem_p.sem_op = -1;
if (semop(semid, &sem_p, 1) == -1)
printf(&p operation is fail\n&);
& /* 信号量的V操作 */
& void v() {
struct sembuf sem_v;
sem_v.sem_num = 0;
sem_v.sem_op = 1;
if (semop(semid, &sem_v, 1) == -1)
printf(&v operation is fail\n&);
& /* 向共享内存写入数据 */
& strcpy((*addr).name, &xiaoming&);
& /* 注意：①此处只能给指针指向的地址直接赋值，不能在定义一个 &struct People people_1;addr=&people_1;
* 因为addr在addr=(struct People*)shmat(shmid,0,0);时,已经由系统自动分配了一个地址，
* 这个地址与共享内存相关联，所以不能改变这个指针的指向，否则他将不指向共享内存，无法完成通信了。
* 注意：②给字符数组赋值的方法。刚才太虎了。。
& (*addr).age = 10;
& /* 将共享内存与当前进程断开 */
& if (shmdt(addr) == -1)
printf(&shmdt is fail\n&);
编译server.c时，提示如下：
---------------------------------------------------------------------------
[training@localhost share_memory]$ gcc -g server.c -o server
server.c: In function &main&:
server.c:40: warning: cast to pointer from integer of different size
---------------------------------------------------------------------------
server.c:40是如下代码：
addr = (struct People*) shmat(shmid, 0, 0);
貌似没有错误啊，函数shmat()返回的int已被强制类型转换为addr的类型了，不应该还提示错误啊？
好在只是warning，不影响运行。所以忽略了这个警告。
&运行一下，问题来了：
&Segmentation fault (core dumped)
&这么简单的程序，居然还搞出了段错误，排查吧。
先debug，发现在65行：
strcpy((*addr).name, &xiaoming&);
运行后，产生的段错误。
程序如此简单，一条一条语句仔细检查，未发现问题。
为缩小问题范围，开始逐部分删除代码，看看到底什么产生了问题。
删除了sem的信号量相关代码，问题依旧。
只剩shm相关的共享内存操作了，
ftok、shmget、shmat都没有出错，为什么一访问shmat获得的地址就会产生段错误？
程序太简单了，已无思路继续查下去，突然又想到了之前编译时的warning。
既然已经进行了强制类型转换，为什么还会有编译警告？
偶然间，发现在引用头文件时，没有包含&ltsys/shm.h&gt，马上在代码中include了&ltsys/shm.h&gt，编译，一切OK，没有任何警告与错误提示，运行正常。
以前一直认为没有包含相关函数的头文件会引起找不到相关函数声明的编译错误，还没遇到过编译通过无法运行的情况，因此这一次发现本问题时，压根没有往头文件上想。看来没有包含正确的头文件还会引起这么莫名的错误。又是一个教训啊。
至于为什么没有引用shm.h还能用shmget、shmat等函数，以及具体是什么引起的段错误，待有时间再准备进一步调查。
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北京市公安局备案编号： 京ICP备：号浅析 Linux 的共享内存与 tmpfs 文件系统 - 文章 - 伯乐在线
& 浅析 Linux 的共享内存与 tmpfs 文件系统
共享内存主要用于进程间通信，Linux有两种共享内存(Shared Memory)机制：
(1) ** System V shared memory(shmget/shmat/shmdt) **
Original shared memory mechanism, still widely used Sharing between unrelated processes.
(2) ** POSIX shared memory(shm_open/shm_unlink) **
Sharing between unrelated processes, without overhead of filesystem I/O Intended to be simpler and better than older APIs.
另外，在Linux中不得不提一下内存映射（也可用于进程间通信）：
** Shared mappings – mmap(2) **
l Shared anonymous mappings：Sharing between related processes only (related via fork())
l Shared file mappings：Sharing between unrelated processes, backed by file in filesystem
System V共享内存历史悠久，使用也很广范，很多类Unix系统都支持。一般来说，我们在写程序时也通常使用第一种。这里不再讨论如何使用它们，关于POSIX共享内存的详细介绍可以参考,。
** 讲到那么多，那么问题来了，共享内存与tmpfs有什么关系？ **
The POSIX shared memory object implementation on Linux 2.4 makes use of a dedicated filesystem, which is normally mounted under /dev/shm.
从这里可以看到，POSIX共享内存是基于tmpfs来实现的。实际上，更进一步，不仅PSM(POSIX shared memory)，而且SSM(System V shared memory)在内核也是基于tmpfs实现的。
下面是内核文档中关于tmpfs的介绍：
tmpfs has the following uses:
1) There is always a kernel internal mount which you will not see at all. This is used for shared anonymous mappings and SYSV shared memory.
This mount does not depend on CONFIG_TMPFS. If CONFIG_TMPFS is not set, the user visible part of tmpfs is not build. But the internal mechanisms are always present.
2) glibc 2.2 and above expects tmpfs to be mounted at /dev/shm for POSIX shared memory (shm_open, shm_unlink). Adding the following line to /etc/fstab should take care of this:
tmpfs /dev/shm tmpfs defaults 0 0
Remember to create the directory that you intend to mount tmpfs on if necessary.
This mount is not needed for SYSV shared memory. The internal mount is used for that. (In the 2.3 kernel versions it was necessary to mount the predecessor of tmpfs (shm fs) to use SYSV shared memory)
从这里可以看到tmpfs主要有两个作用：
（1）用于SYSV共享内存，还有匿名内存映射；这部分由内核管理，用户不可见；
（2）用于POSIX共享内存，由用户负责mount，而且一般mount到/dev/shm；依赖于CONFIG_TMPFS;
到这里，我们可以了解，SSM与PSM之间的区别，也明白了/dev/shm的作用。
下面我们来做一些测试：
我们将/dev/shm的tmpfs设置为64M：
# mount -size=64M -o remount /dev/shm# df -lh
Filesystem
Used Avail Use% Mounted on
0% /dev/shm
SYSV共享内存的最大大小为32M：
# cat /proc/sys/kernel/shmmax
(1)创建65M的system V共享内存失败：
# ipcmk -M
ipcmk: create share memory failed: Invalid argument
这是正常的。
(2)将shmmax调整为65M
& /proc/sys/kernel/shmmax# cat /proc/sys/kernel/shmmax
# ipcmk -M
Shared memory id: 0# ipcs -m
—— Shared Memory Segments ——–
0xef46b249 0
可以看到system v共享内存的大小并不受/dev/shm的影响。
(3)创建POSIX共享内存
/*gcc -o shmopen shmopen.c -lrt*/#include &unistd.h&
#include &fcntl.h&
#include &sys/stat.h&
#include &sys/types.h&
#include &sys/mman.h&
#include &stdio.h&
#include &stdlib.h&
#define MAP_SIZE
int main(int argc, char *argv[])
fd = shm_open("/shm1", O_RDWR|O_CREAT, 0644);
if(fd & 0){
printf("shm_open failed\n");
12345678910111213141516171819
/*gcc -o shmopen shmopen.c -lrt*/#include &unistd.h&#include &fcntl.h&#include &sys/stat.h&#include &sys/types.h&#include &sys/mman.h&#include &stdio.h&#include &stdlib.h&#define MAP_SIZE int main(int argc, char *argv[]){&&&&int fd;&&&&void* result;&&&&fd = shm_open("/shm1", O_RDWR|O_CREAT, 0644);&&&&if(fd & 0){&&&&&&&&printf("shm_open failed\n");&&&&&&&&exit(1);&&&&}&&&&return 0;}
# ./shmopen# ls -lh /dev/shm/shm1
-rw-r–r– 1 root root 65M Mar
3 06:19 /dev/shm/shm1
仅管/dev/shm只有64M,但创建65M的POSIX SM也可以成功。
(4)向POSIX SM写数据
/*gcc -o shmwrite shmwrite.c -lrt*/#include &unistd.h&
#include &fcntl.h&
#include &sys/stat.h&
#include &sys/types.h&
#include &sys/mman.h&
#include &stdio.h&
#include &stdlib.h&
#define MAP_SIZE
int main(int argc, char *argv[])
fd = shm_open("/shm1", O_RDWR|O_CREAT, 0644);
if(fd & 0){
printf("shm_open failed\n");
if (ftruncate(fd, MAP_SIZE) & 0){
printf("ftruncate failed\n");
result = mmap(NULL, MAP_SIZE, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if(result == MAP_FAILED){
printf("mapped failed\n");
/* ... operate result pointer */
printf("memset\n");
memset(result, 0, MAP_SIZE);
//shm_unlink("/shm1");
1234567891011121314151617181920212223242526272829303132
/*gcc -o shmwrite shmwrite.c -lrt*/#include &unistd.h&#include &fcntl.h&#include &sys/stat.h&#include &sys/types.h&#include &sys/mman.h&#include &stdio.h&#include &stdlib.h&#define MAP_SIZE int main(int argc, char *argv[]){&&&&int fd;&&&&void* result;&&&&fd = shm_open("/shm1", O_RDWR|O_CREAT, 0644);&&&&if(fd & 0){&&&&&&&& printf("shm_open failed\n");&&&&&&&& exit(1);&&&&}&&&&if (ftruncate(fd, MAP_SIZE) & 0){&&&&&&&&printf("ftruncate failed\n");&&&&&&&&exit(1);&&&&}&&&&result = mmap(NULL, MAP_SIZE, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);&&&&if(result == MAP_FAILED){&&&&&&&&printf("mapped failed\n");&&&&&&&&exit(1);&&&&}&&&&/* ... operate result pointer */&&&&printf("memset\n");&&&&memset(result, 0, MAP_SIZE);&&&&//shm_unlink("/shm1");&&&&return 0;}
# ./shmwrite
可以看到，写65M的数据会报Bus error错误。
但是，却可以在/dev/shm创建新的文件：
# ls -lh /dev/shm/ -lh
总用量 64M
-rw-r–r– 1 root root 65M 3月
3 15:23 shm1
-rw-r–r– 1 root root 65M 3月
3 15:24 shm2
这很正常，ls显示的是inode-&size。
# stat /dev/shm/shm2
File: “/dev/shm/shm2”
IO Block: 4096
Device: 10h/16d Inode: 217177
Access: (0644/-rw-r–r–)
15:24:28. +0800
15:24:28. +0800
15:24:28. +0800
(5)向SYS V共享内存写数据
将System V共享内存的最大值调整为65M(/dev/shm仍然为64M)。
# cat /proc/sys/kernel/shmmax
/*gcc -o shmv shmv.c*/#include &sys/ipc.h&
#include &sys/shm.h&
#include &sys/types.h&
#include &unistd.h&
#define MAP_SIZE
int main(int argc, char** argv){
int shm_id,i;
char* name = "/dev/shm/shm3";
key = ftok(name,0);
if(key==-1)
perror("ftok error");
shm_id=shmget(key,MAP_SIZE,IPC_CREAT);
if(shm_id==-1)
perror("shmget error");
p_map=(char*)shmat(shm_id,NULL,0);
memset(p_map, 0, MAP_SIZE);
if(shmdt(p_map)==-1)
perror(" detach error ");
12345678910111213141516171819202122232425
/*gcc -o shmv shmv.c*/#include &sys/ipc.h&#include &sys/shm.h&#include &sys/types.h&#include &unistd.h&#define MAP_SIZE int main(int argc, char** argv){&&&&int shm_id,i;&&&&key_t key;&&&&char temp;&&&&char *p_map;&&&&char* name = "/dev/shm/shm3";&&&&key = ftok(name,0);&&&&if(key==-1)&&&&&&&&perror("ftok error");&&&&shm_id=shmget(key,MAP_SIZE,IPC_CREAT);&&&&if(shm_id==-1)&&&&{&&&&&&&&perror("shmget error");&&&&&&&&return;&&&&}&&&&p_map=(char*)shmat(shm_id,NULL,0);&&&&memset(p_map, 0, MAP_SIZE);&&&&if(shmdt(p_map)==-1)&&&&&&&&perror(" detach error ");}
却可以正常执行。
虽然System V与POSIX共享内存都是通过tmpfs实现，但是受的限制却不相同。也就是说/proc/sys/kernel/shmmax只会影响SYS V共享内存，/dev/shm只会影响Posix共享内存。实际上，System V与Posix共享内存本来就是使用的两个不同的tmpfs实例(instance)。
内核在初始化时，会自动mount一个tmpfs文件系统，挂载为shm_mnt：
//mm/shmem.cstatic struct file_system_type
shmem_fs_type = {
.owner = THIS_MODULE,
.name = "tmpfs",
.get_sb = shmem_get_sb,
.kill_sb = kill_litter_super,
int __init shmem_init(void) {
error = register_filesystem(&shmem_fs_type);
if (error)
printk(KERN_ERR "Could not register tmpfs\n");
goto out2;
///挂载tmpfs(用于SYS V)
shm_mnt = vfs_kern_mount(&shmem_fs_type, MS_NOUSER,shmem_fs_type.name, NULL);
123456789101112131415161718
//mm/shmem.cstatic struct file_system_type shmem_fs_type = {&&&&.owner = THIS_MODULE,&& .name = "tmpfs",&&&&.get_sb = shmem_get_sb,&&&&.kill_sb = kill_litter_super,};&int __init shmem_init(void) {&&&&...&&&&error = register_filesystem(&shmem_fs_type);&&&&if (error) &&&&{&&&&&&&&printk(KERN_ERR "Could not register tmpfs\n");&&&&&&&&goto out2;&&&&}&&&&///挂载tmpfs(用于SYS V) &&&&shm_mnt = vfs_kern_mount(&shmem_fs_type, MS_NOUSER,shmem_fs_type.name, NULL);
/dev/shm的mount与普通文件mount的流程类似，不再讨论。但是，值得注意的是，/dev/shm默认的大小为当前物理内存的1/2：
shmem_get_sb –& shmem_fill_super
//mem/shmem.c
int shmem_fill_super(struct super_block *sb, void *data, int silent)
#ifdef CONFIG_TMPFS
* Per default we only allow half of the physical ram per
* tmpfs instance, limiting inodes to on
* but the internal instance is left unlimited.
if (!(sb-&s_flags & MS_NOUSER)) {///内核会设置MS_NOUSER
sbinfo-&max_blocks = shmem_default_max_blocks();
sbinfo-&max_inodes = shmem_default_max_inodes();
if (shmem_parse_options(data, sbinfo, false)) {
err = -EINVAL;
sb-&s_export_op = &shmem_export_
#ifdef CONFIG_TMPFS
static unsigned long shmem_default_max_blocks(void) {
return totalram_pages / 2;
1234567891011121314151617181920212223242526
//mem/shmem.cint shmem_fill_super(struct super_block *sb, void *data, int silent){&&&&...#ifdef CONFIG_TMPFS /** Per default we only allow half of the physical ram per* tmpfs instance, limiting inodes to on* but the internal instance is left unlimited.*/&&&&if (!(sb-&s_flags & MS_NOUSER)) {///内核会设置MS_NOUSER &&&&&&&&sbinfo-&max_blocks = shmem_default_max_blocks();&&&&&&&&sbinfo-&max_inodes = shmem_default_max_inodes();&&&&&&&&if (shmem_parse_options(data, sbinfo, false)) {&&&&&&&&&&&&err = -EINVAL;&&&&&&&&&&&&goto failed;&&&&&&&&}&&&&}&&&&sb-&s_export_op = &shmem_export_ops;#else...&#ifdef CONFIG_TMPFSstatic unsigned long shmem_default_max_blocks(void) {&&&&return totalram_pages / 2;}
可以看到：由于内核在mount tmpfs时，指定了MS_NOUSER，所以该tmpfs没有大小限制，因此，SYS V共享内存能够使用的内存空间只受/proc/sys/kernel/shmmax限制；而用户通过挂载的/dev/shm，默认为物理内存的1/2。
注意CONFIG_TMPFS.
另外，在/dev/shm创建文件走VFS接口，而SYS V与匿名映射却是通过shmem_file_setup实现：
当应用访问共享内存对应的地址空间，如果对应的物理PAGE还没有分配，就会调用fault方法，分配失败，就会返回OOM或者BIGBUS错误：
static const struct vm_operations_struct shmem_vm_ops = {
.fault = shmem_fault,
#ifdef CONFIG_NUMA
.set_policy = shmem_set_policy,
.get_policy = shmem_get_policy,
static int shmem_fault(struct vm_area_struct *vma, struct vm_fault *vmf)
struct inode *inode = vma-&vm_file-&f_path.dentry-&d_
int ret = VM_FAULT_LOCKED;
error = shmem_getpage(inode, vmf-&pgoff, &vmf-&page, SGP_CACHE, &ret);
if (error)
return ((error == -ENOMEM) ? VM_FAULT_OOM : VM_FAULT_SIGBUS);
shmem_getpage –& shmem_getpage_gfp：
* shmem_getpage_gfp - find page in cache, or get from swap, or allocate
* If we allocate a new one we do not mark it dirty. That's up to the
* vm. If we swap it in we mark it dirty since we also free the swap
* entry since a page cannot live in both the swap and page cache
static int shmem_getpage_gfp(struct inode *inode, pgoff_t index,
struct page **pagep, enum sgp_type sgp, gfp_t gfp, int *fault_type)
if (sbinfo-&max_blocks) { ///dev/shm会有该值
if (percpu_counter_compare(&sbinfo-&used_blocks,sbinfo-&max_blocks) &= 0) {
error = -ENOSPC;
percpu_counter_inc(&sbinfo-&used_blocks);
//分配一个物理PAGE
page = shmem_alloc_page(gfp, info, index);
if (!page) {
error = -ENOMEM;
SetPageSwapBacked(page);
__set_page_locked(page);
error = mem_cgroup_cache_charge(page, current-&mm,gfp & GFP_RECLAIM_MASK); ///mem_cgroup检查
if (!error)
error = shmem_add_to_page_cache(page, mapping, index, gfp, NULL);
12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849
static const struct vm_operations_struct shmem_vm_ops = {&&&&.fault = shmem_fault,#ifdef CONFIG_NUMA &&&&.set_policy = shmem_set_policy,&&&&.get_policy = shmem_get_policy,#endif};&static int shmem_fault(struct vm_area_struct *vma, struct vm_fault *vmf){&&&&struct inode *inode = vma-&vm_file-&f_path.dentry-&d_inode;&&&&int error;&&&&int ret = VM_FAULT_LOCKED;&&&&error = shmem_getpage(inode, vmf-&pgoff, &vmf-&page, SGP_CACHE, &ret);&&&&if (error)&&&&&&&&return ((error == -ENOMEM) ? VM_FAULT_OOM : VM_FAULT_SIGBUS);&&&&return ret;}&shmem_getpage –& shmem_getpage_gfp：/* * shmem_getpage_gfp - find page in cache, or get from swap, or allocate * * If we allocate a new one we do not mark it dirty. That's up to the * vm. If we swap it in we mark it dirty since we also free the swap * entry since a page cannot live in both the swap and page cache */static int shmem_getpage_gfp(struct inode *inode, pgoff_t index,struct page **pagep, enum sgp_type sgp, gfp_t gfp, int *fault_type) {&&&&...&&&&if (sbinfo-&max_blocks) { ///dev/shm会有该值 &&&&&&&&if (percpu_counter_compare(&sbinfo-&used_blocks,sbinfo-&max_blocks) &= 0) {&&&&&&&&&&&&error = -ENOSPC;&&&&&&&&&&&&goto unacct;&&&&&&&&}&&&&percpu_counter_inc(&sbinfo-&used_blocks);&&&&}&&&&//分配一个物理PAGE&&&&page = shmem_alloc_page(gfp, info, index);&&&&if (!page) {&&&&&&&&error = -ENOMEM;&&&&&&&&goto decused;&&&&}&&&&SetPageSwapBacked(page);&&&&__set_page_locked(page);&&&&error = mem_cgroup_cache_charge(page, current-&mm,gfp & GFP_RECLAIM_MASK); ///mem_cgroup检查if (!error)&&&&error = shmem_add_to_page_cache(page, mapping, index, gfp, NULL);
共享内存与CGROUP
目前，共享内存的空间计算在第一个访问共享内存的group，参考：
l http://lwn.net/Articles/516541/
l https://www.kernel.org/doc/Documentation/cgroups/memory.txt
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目前Docker将/dev/shm限制为64M，却没有提供参数，这种做法比较糟糕。如果应用使用大内存的POSIX共享内存，必然会导致问题。 参考:
l https://github.com/docker/docker/issues/2606
l https://github.com/docker/docker/pull/4981
(1)POSIX共享内存与SYS V共享内存在内核都是通过tmpfs实现，但对应两个不同的tmpfs实例，相互独立。
(2)通过/proc/sys/kernel/shmmax可以限制SYS V共享内存(单个)的最大值，通过/dev/shm可以限制POSIX共享内存的最大值(所有之和)。
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if((shmid=shmget(IPC_PRIVATE,sizeof(ALGOriginalTask)+sizeof(ALGResult)+sizeo
shmget相关基础文章
...就可以使用该key作为某种方法的进程间通信的key值，例如shmget共享内存的方式。
　　shmget的函数原型为
　　int shmget( key_t, size_t, flag);
　　在创建成功后，就返回共享内存的描述符。在shmget中使用到
...号量的接口来得简单。它们声明在头文件 sys/shm.h中。
1、shmget函数
该函数用来创建共享内存，它的原型为：
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
第一个参数，与信号量的semget函
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a. 创建共享内存，使用 shmget 函数。
b. 映射共享内存，将这段创建的共享内存映射到具体的进程空间去，使用 shmat 函数。
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if((shmid = shmget(MYKEY,BUF_SIZE,IPC_CREAT)) ==-1)
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