SHMOP(2)

BEZEICHNUNG
shmat, shmdt - System-V-Operationen mit gemeinsam benutztem Speicher

BIBLIOTHEK
Standard-C-Bibliothek (libc, -lc)

ÜBERSICHT
#include <sys/shm.h>

void *shmat(int shmid, const void *_Nullable shmaddr, int shmflg);
int shmdt(const void *shmaddr);

BESCHREIBUNG

  shmat()
shmat() blendet das durch shmid bezeichnete gemeinsame System-V-Speichersegment in den Adressraum des aufrufenden Prozesses ein. Die Adresse der Einblendung wird durch shmaddr nach einem der folgenden Kriterien bestimmt:

•   Falls shmaddr NULL ist, wählt das System eine geeignete (freie), an einer Speicherseite ausgerichtete Adresse, um das Segment einzublenden.

•   Wenn shmaddr nicht NULL ist und SHM_RND in shmflg angegeben wurde, wird die Adresse durch Abrundung von shmaddr bis auf ein Vielfaches von SHMLBA bestimmt.

•   Andernfalls muss shmaddr eine an einer Speicherseite ausgerichtete Adresse sein, an welcher das Einblenden beginnt.

Zusätzlich zu SHM_RND dürfen die folgenden Schalter im Bitmask-Argument von shmflg angegeben werden:

SHM_EXEC (Linux-spezifisch; seit Linux 2.6.9)
    ermöglicht, dass der Inhalt des Segments ausgeführt wird. Der Aufrufende muss auf dem Segment Ausführungsrechte besitzen.

SHM_RDONLY
    blendet das Segment mit Lesezugriff ein. Der Prozess muss die Berechtigung für Lesezugriffe auf das Segment besitzen. Falls dieser Schalter nicht angegeben ist, wird das Segment mit Lese- und Schreibzugriff eingeblendet und der Prozess muss die Berechtigung für Lese- und Schreibzugriffe auf das Segment besitzen. Ein gemeinsames Speichersegment mit reinem Schreibzugriff ist nicht vorgesehen.

SHM_REMAP (Linux-spezifisch)
    Dieser Schalter gibt an, dass das Abbilden des Segments jedes existierende Abbilden im Bereich von shmaddr bis zur Größe des Segments ersetzen soll. (Falls bereits eine Abbildung in diesem Adressbereich existiert, würde dies normalerweise zu dem Fehler EINVAL führen.) In diesem Fall darf shmaddr nicht NULL sein.

Der brk(2)-Wert des aufrufenden Prozesses wird durch das Einblenden nicht verändert. Das Segment wird bei Beenden des Prozesses automatisch abgetrennt. Das gleiche Segment kann mit Lese- sowie mit Lese- und Schreibzugriff einmal oder mehrfach in den Adressraum des Prozesses eingeblendet werden.

Nach einem erfolgreichen shmat()-Aufruf aktualisiert das System die Bestandteile der dem Speichersegment zugeordneten shmid_ds-Struktur (siehe shmctl(2)) wie folgt:

•   shm_atime wird auf die aktuelle Zeit gesetzt.

•   shm_lpid wird auf die Prozesskennung des aufrufenden Prozesses gesetzt.

•   shm_nattch wird um Eins erhöht.

  shmdt()
shmdt() löst das gemeinsame Speichersegment, das an der Adresse shmaddr liegt, aus dem Adressraum des aufrufenden Prozesses. Das zu entfernende gemeinsame Speichersegment muss momentan mit shmaddr eingeblendet sein, das dem Rückgabewert des einbendenden shat()-Aufrufs entspricht.

Nach einem erfolgreichen shmdt()-Aufruf aktualisiert das System die Bestandteile der dem Speichersegment zugeordneten Struktur shmid_ds wie folgt:

•   shm_dtime wird auf die aktuelle Zeit gesetzt.

•   shm_lpid wird auf die Prozesskennung des aufrufenden Prozesses gesetzt.

•   shm_nattch wird um Eins verringert. Wenn es dabei zu 0 wird und das Segment zum Löschen markiert ist, wird es gelöscht.

RÜCKGABEWERT
Bei Erfolg gibt shmat() die Adresse des eingeblendeten gemeinsamen Speichersegments zurück; bei einem Fehler wird (void *) -1 zurückgegeben und errno gesetzt, um den Fehlers anzuzeigen.

Bei Erfolg gibt shmdt() 0 zurück; bei einem Fehler wird -1 zurückgegeben und errno gesetzt, um den Fehlers anzuzeigen.

FEHLER
shmat() kann mit einem der folgenden Fehler fehlschlagen:

EACCES
    Dem aufrufenden Prozess fehlen die nötigen Zugriffsrechte für den angeforderten Einblendetyp und die CAP_IPC_OWNER-Capability in dem Benutzernamensraum, der seinen IPC-Namensraum beherrscht.

EIDRM
    shmid zeigt auf einen entfernten Bezeichner.

EINVAL
    Ungültiger shmid-Wert, nicht ausgerichteter (d.h. nicht an die Seitengröße angepasst und SHM_RND wurde nicht angegeben) oder ungültiger shmaddr-Wert oder es wurde SHM_REMAP angegeben und shmaddr war NULL.

ENOMEM
    Es konnte kein Speicher für den Deskriptor oder die Seitentabellen reserviert werden.

shmdt() kann mit einem der folgenden Fehler fehlschlagen:

EINVAL
    Es ist kein gemeinsames Speichersegment in shmaddr eingeblendet oder shmaddr ist nicht an der Seitengrenze ausgerichtet.

STANDARDS
POSIX.1-2008.

GESCHICHTE
POSIX.1-2001, SVr4.

In SVID 3 (oder vielleicht früher) wurde der Typ des Arguments shmaddr von char * in const void * und der von shmat() zurückgegebene Typ von char * in void * geändert.

POSIX.1-2024 änderte den Fehlercode von (void *) -1 auf SHM_FAILED.

ANMERKUNGEN
Nach einem fork(2) erbt der Kindprozess das eingeblendete gemeinsame Speichersegment.

Nach einem exec(2) sind alle eingeblendeten gemeinsamen Speichersegmente vom Prozess abgelöst.

Bei einem exit(2) sind alle eingeblendeten gemeinsamen Speichersegmente vom Prozess abgelöst.

Die bevorzugte, portierbare Möglichkeit, ein gemeinsames Speichersegment einzublenden, besteht darin, shmat() mit shmaddr gleich NULL zu benutzen. Sie sollten wissen, dass das eingeblendete gemeinsame Speichersegment auf diese Art an unterschiedliche Adressen in unterschiedlichen Prozessen eingeblendet werden kann. Deshalb müssen alle innerhalb des gemeinsamen Speichers verwalteten Zeiger relativ (typischerweise zur Startadresse des Segments) statt absolut sein.

Unter Linux ist es möglich, sogar ein gemeinsames Speichersegment einzublenden, wenn es bereits zum Löschen markiert ist. POSIX.1 spezifiziert dieses Verhalten jedoch nicht und andere Implementierungen unterstützen es nicht.

Der folgende Systemparameter beeinflusst shmat():

SHMLBA
    Untere Segmentgrenze des Adressvielfachen. Wenn in einem Aufruf von shmat() eine Adresse explizit angegeben wurde. sollte der Aufrufende sicherstellen, dass die Adresse ein Vielfaches dieses Wertes ist. Dies ist auf einigen Architekturen notwendig, um eine gute Leistung des CPU-Zwischenspeichers zu gewährleisten oder um sicherzustellen, dass unterschiedliche Einblendungen desselben Segments konsistente Ansichten innerhalb des CPU-Zwischenspeichers haben. SHMLBA ist normalerweise irgendein Vielfaches von der Seitengröße des Systems. (Auf vielen Linux-Architekturen ist SHMLBA dasselbe wie die Seitengröße des Systems.)

Die Implementierung hat keine inhärenten pro-Prozess-Einschränkungen bezüglich der maximalen Anzahl von gemeinsamen Speichersegmenten (SHMSEG).

BEISPIELE
Die zwei nachfolgend aufgeführten Programme tauschen eine Zeichenkette über ein gemeinsames Speichersegment aus. Weitere Details über die Programme finden Sie nachfolgend. Zuerst wird eine Shell-Sitzung gezeigt, die ihre Verwendung zeigt.

In einem Terminalfenster führen wir das »Lese«-Programm aus, das ein gemeinsam benutztes Speichersegment und eine Semaphoren-Gruppe gemäß System-V erstellt. Das Programm gibt die Kennung der erstellten Objekte aus und wartet dann darauf, dass die Semaphore ihren Wert ändern.

    $ ./svshm_string_read;
    shmid = 1114194
    semid = 15

In einem anderen Terminal-Fenster führen wir das »Schreibe«-Programm aus. Das »Schreibe«-Programm akzeptiert drei Befehlszeilenargumente: die Kennungen des vom »Lese«-Programm erstellten gemeinsam benutzten Speichersegments und die erstellte Semaphoren-Gruppe und eine Zeichenkette. Es blendet das bestehende gemeinsam benutzte Speichersegment ein, kopiert die Zeichenkette in den gemeinsam benutzten Speicher und verändert den Wert der Semaphore.

    $ ./svshm_string_write 1114194 15 'Hallo, Welt';

In dem Terminal-Fenster, in dem das »Lese«-Programm läuft, können wir sehen, dass das Programm aufgehört hat, auf die Semaphore zu warten und die Zeichenkette ausgegeben hat, die vom Schreibe-Programm in den gemeinsam benutzten Speicher kopiert wurde:

    Hallo Welt

  Quelle des Programms: svshm_string.h
Die folgende Header-Datei wird von den »Lese«- und »Schreibe«-Programmen eingebunden:

    /* svshm_string.h

       Lizenziert unter der GNU General Public License v2 oder neuer.
    */
    #ifndef SVSHM_STRING_H
    #define SVSHM_STRING_H

    #include <err.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/sem.h>

    union semun {                   /* Wird in Aufrufen von semctl() verwandt */
        int                 val;
        struct semid_ds    *buf;
        unsigned short     *array;
    #if defined(__linux__)
        struct seminfo     *__buf;
    #endif
    };

    #define MEM_SIZE 4096

  Quelle des Programms: svshm_string_read.c
Das »Lese«-Programm erstellt ein gemeinsam benutztes Speichersegment und eine Semaphore-Gruppe, die eine Semaphore enthält. Es blendet dann das gemeinsam benutzte Speicherobjekt in seinen Adressraum ein und initialisiert den Semaphoren-Wert auf 1. Schließlich wartet das Programm darauf, dass der Semaphoren-Wert 0 wird und gibt danach die Zeichenkette aus, die durch den »Schreiber« in das gemeinsam benutzte Speichersegment kopiert wurde.

    /* svshm_string_read.c

       Lizenziert unter der GNU General Public License v2 oder neuer.
    */
    #include <err.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/sem.h>
    #include <sys/shm.h>

    #include "svshm_string.h"

    int
    main(void)
    {
        int            semid, shmid;
        char           *addr;
        union semun    arg, dummy;
        struct sembuf  sop;

        /* Gemeinsam benutzten Speicher und eine Semaphoren-Gruppe, die eine
           Semaphore enthält, erstellen. */

        shmid = shmget(IPC_PRIVATE, MEM_SIZE, IPC_CREAT | 0600);
        if (shmid == -1)
            err(EXIT_FAILURE,"shmget");

        semid = semget(IPC_PRIVATE, 1, IPC_CREAT | 0600);
        if (semid == -1)
            err(EXIT_FAILURE,"semget");

        /* Gemeinsamen Speicher in unseren Adressraum einblenden. */

        addr = shmat(shmid, NULL, SHM_RDONLY);
        if (addr == (void *) -1)
            err(EXIT_FAILURE,"shmat");

        /* Semaphore 0 in der Gruppe mit dem Wert 1 initialisieren. */

        arg.val = 1;
        if (semctl(semid, 0, SETVAL, arg) == -1)
            err(EXIT_FAILURE,"semctl");

        printf("shmid = %d\n", shmid);
        printf("semid = %d\n", semid);

        /* Darauf warten, dass der Semaphore-Wert 0 wird. */

        sop.sem_num = 0;
        sop.sem_op = 0;
        sop.sem_flg = 0;

        if (semop(semid, &sop, 1) == -1)
            err(EXIT_FAILURE,"semop");

        /* Die Zeichenkette aus dem gemeinsamen Speicher ausgeben. */

        printf("%s\n", addr);

        /* Den gemeinsam benutzten Speicher und die Semaphoren-Gruppe entfernen. */

        if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1)
            err(EXIT_FAILURE,"shmctl");
        if (semctl(semid, 0, IPC_RMID, dummy) == -1)
            err(EXIT_FAILURE,"semctl");

        exit(EXIT_SUCCESS);
    }

  Quelle des Programms: svshm_string_write.c
Das Schreibe-Programm akzeptiert drei Befehlszeilenargumente: die Kennungen des vom »Lese«-Programm bereits erstellten, gemeinsam benutzten Speichersegments und die Sempahoren-Gruppe und eine Zeichenkette. Es blendet das bestehende gemeinsam benutzte Speichersegment in seinen Adressraum ein, verringert den Semaphoren-Wert auf 0, um den »Leser« zu informieren, dass er jetzt den Inhalt des gemeinsam benutzten Speichers untersuchen kann.

    /* svshm_string_write.c

       Lizenziert unter der GNU General Public License v2 oder neuer.
    */
    #include <err.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <sys/sem.h>
    #include <sys/shm.h>

    #include "svshm_string.h"

    int
    main(int argc, char *argv[])
    {
        int            semid, shmid;
        char           *addr;
        size_t         size;
        struct sembuf  sop;

        if (argc != 4) {
            fprintf(stderr, "Aufruf: %s shmid semid string\n", argv[0]);
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        size = strlen(argv[3]) + 1;  /* +1, um abschließende »\0« einzuschließen */
        if (size > MEM_SIZE) {
            fprintf(stderr, "Zeichenkette ist zu groß!\n");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        /* Objektkennungen von der Befehlszeile erhalten. */

        shmid = atoi(argv[1]);
        semid = atoi(argv[2]);

        /* Gemeinsam benutzten Speicher in unseren Adressraum einblenden und Zeichenkette
           (einschließlich abschließendem Nullbyte) in den Speicher kopieren */

        addr = shmat(shmid, NULL, 0);
        if (addr == (void *) -1)
            err(EXIT_FAILURE, "shmat");

        memcpy(addr, argv[3], size);

        /* Semaphore auf 0 verringern. */

        sop.sem_num = 0;
        sop.sem_op = -1;
        sop.sem_flg = 0;

        if (semop(semid, &sop, 1) == -1)
            err(EXIT_FAILURE, "semop");

        exit(EXIT_SUCCESS);
    }

SIEHE AUCH
brk(2), mmap(2), shmctl(2), shmget(2), capabilities(7), shm_overview(7), sysvipc(7)

ÜBERSETZUNG
Die deutsche Übersetzung dieser Handbuchseite wurde von Ralf Demmer <rdemmer@rdemmer.de>, Chris Leick <c.leick@vollbio.de> und Helge Kreutzmann <debian@helgefjell.de> erstellt.

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