nginx共享記憶體分析
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共享記憶體
共享記憶體是linux下最基本的程序間通訊方式。它通過mmap或者shmget系統呼叫在記憶體中建立一塊連續的線性地址空間，使用munmap或者shmdt系統呼叫可以釋放這塊記憶體。使用共享記憶體的好處：當多個程序使用同一塊共享記憶體時，在任何一個程序中修改了共享記憶體中的內容，其他程序通過訪問這段共享記憶體都能夠得到修改後的內容。
資料結構
nginx使用到的資料結構如下：
1 typedef struct {
2u_char*addr;/* 共享記憶體的起始地址 */
3size_tsize;/* 共享記憶體的長度 */
4ngx_str_tname;/* 共享記憶體的名字*/
5ngx_log_t*log;/* 記錄日誌的物件 */
6
7/* unsignedexists:1;*/ /*共享記憶體是否已經分配過，1：已經分配 */
8ngx_uint_texists;
9} ngx_shm_t;
複製程式碼
共享記憶體的API
nginx 操作共享記憶體的 API 有兩個，如下：
1ngx_int_t ngx_shm_alloc(ngx_shm_t *shm);/* 分配新的共享記憶體 */ 2void ngx_shm_free(ngx_shm_t *shm);/*釋放已經存在的共享記憶體 */ 複製程式碼
實現方式
上面是 nginx 中操作共享記憶體的兩個 api 。我們應該使用上述兩個 api 對共享記憶體進行操作。
為了可移植性， nginx 使用了三種方式來實現上述的兩個 api ，三種方式分別如下：
1、不對映檔案使用 mmap 分配共享記憶體
2、以 /dev/zero 檔案使用 mmap 對映共享記憶體。
3、用 shmget 呼叫來分配共享記憶體
原始碼分析
原始碼很簡單，我們對 mmap 實現方式進行簡單的分析
1#if (NGX_HAVE_MAP_ANON)
2
3ngx_int_t
4ngx_shm_alloc(ngx_shm_t *shm)
5{
6/* MAP_ANON:不使用檔案對映方式，因此fd,offset無用,相當於在記憶體開闢一塊空間用於共享,由master建立 */
7shm->addr = (u_char *) mmap(NULL, shm->size,
8PROT_READ|PROT_WRITE,
9MAP_ANON|MAP_SHARED, -1, 0);
10
11if (shm->addr == MAP_FAILED) {
12ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, shm->log, ngx_errno,
13"mmap(MAP_ANON|MAP_SHARED, %uz) failed", shm->size);
14return NGX_ERROR;
15}
16
17return NGX_OK;
18}
19
20
21void
22ngx_shm_free(ngx_shm_t *shm)
23{
24if (munmap((void *) shm->addr, shm->size) == -1) {
25ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, shm->log, ngx_errno,
26"munmap(%p, %uz) failed", shm->addr, shm->size);
27}
28}
29
30#elif (NGX_HAVE_MAP_DEVZERO)
複製程式碼
可以看到 ngx_shm_alloc 和 ngx_shm_free 的確是對 mmap 和 munmap 分別進行了封裝。而且使用了 MAP_ANON ，是在記憶體中開闢了一塊空間用於共享記憶體，而不是將硬碟中的檔案對映。
nginx如何使用共享記憶體
首先，我們得知道：預設情況下，通過 fork 派生的子程序並不與其父程序共享記憶體區。但 master 與 worker 程序是父子程序啊，這該怎麼辦呢？如何讓 master 程序與 worker 程序共享記憶體區呢？
解決方法就在於 mmap 的 flags 引數。 master 程序在呼叫 fork 之前先指定 flags 為 MAP_SHARED 來呼叫 mmap ，此時， POSIX 是保證父程序中的記憶體對映關係是存留到子程序中的，父程序對共享記憶體所做的修改子程序能看到，反過來一樣。所以流程是： master 程序在記憶體中以 MAP_SHARED 方式開闢一塊共享記憶體，並對映到自己程序地址空間中的共享記憶體區，然後 master 呼叫 fork ，派生子程序，子程序在自己的地址空間內也會繼承這塊共享記憶體區。這樣問題便解決了。
mmap/munmap 函式
1void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset); 複製程式碼
MAP_FAILED
addr : 指定的fd描述符應被對映到程序地址空間的起始地址，一般為 NULL ，意思就是讓核心自己去選擇起始地址
len : 對映到程序地址空間的位元組數
prot ：對這塊共享記憶體中的資料，我們可以處理的方式，如下：
| prot | 說明 |
|---|---|
| PROT_READ | 資料可讀 |
| PROT_WRITE | 資料可寫 |
| PROT_EXEC | 資料可執行 |
| PROT_NONE | 資料不可訪問 |
flags :變動共享記憶體區中的資料這一行為是共享的還是私有的，即對所有程序可見，還是隻對該程序可見。如下：
| flags | 說明 |
|---|---|
| MAP_SHARED | 變動是共享的 |
| MAP_PRIVATE | 變動是私有的 |
| MAP_FIXED | 準確的解釋addr引數 |
fd :被對映的檔案描述符
offset ：被對映區域在檔案中的起始位置。
具體的見下圖：
需要注意的是： nginx 的共享記憶體不是對映檔案中的內容。當 flags 引數中 MAP_ANON 或 MAP_ANONYMOUS ，表示不從檔案中對映，只從記憶體中開闢一塊連續的線性地址空間出來作為共享記憶體。因此，這種情況下 fd 和 offset 引數就沒意義，分別置 -1 和 0 即可。
為從某一程序的地址空間中刪除一個對映關係，呼叫 munmap 。
1intmunmap(void *addr, size_t len); 複製程式碼
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