共享内存的创建和映射过程

消息队列、共享内存、信号量的机制：它们在使用之前都要生成 key，然后通过 key 得到唯一的 id，并且都是通过 xxxget 函数。在内核里面，这三种进程间通信机制是使用统一的机制管理起来的，都叫 ipcxxx。为了维护这三种进程间通信进制，在内核里面，我们声明了一个有三项的数组。

通过这段代码，来具体看一看。

struct ipc_namespace {
......
  struct ipc_ids  ids[3];
......
}
 
#define IPC_SEM_IDS  0
#define IPC_MSG_IDS  1
#define IPC_SHM_IDS  2
 
#define sem_ids(ns)  ((ns)->ids[IPC_SEM_IDS])
#define msg_ids(ns)  ((ns)->ids[IPC_MSG_IDS])
#define shm_ids(ns)  ((ns)->ids[IPC_SHM_IDS])

根据代码中的定义，第 0 项用于信号量，第 1 项用于消息队列，第 2 项用于共享内存，分别可以通过 sem_ids、msg_ids、shm_ids 来访问。

这段代码里面有 ns，全称叫 namespace。可能不容易理解，你现在可以将它认为是将一台 Linux 服务器逻辑的隔离为多台 Linux 服务器的机制，它背后的原理是一个相当大的话题，我们需要在容器那一章详细讲述。现在，你就可以简单的认为没有 namespace，整个 Linux 在一个 namespace 下面，那这些 ids 也是整个 Linux 只有一份。

共享内存的创建和映射过程。

1. 调用 shmget 创建共享内存。
2. 先通过 ipc_findkey 在基数树中查找 key 对应的共享内存对象 shmid_kernel 是否已经被创建过，如果已经被创建，就会被查询出来，例如 producer 创建过，在 consumer 中就会查询出来。
3. 如果共享内存没有被创建过，则调用 shm_ops 的 newseg 方法，创建一个共享内存对象 shmid_kernel。例如，在 producer 中就会新建。
4. 在 shmem 文件系统里面创建一个文件，共享内存对象 shmid_kernel 指向这个文件，这个文件用 struct file 表示，我们姑且称它为 file1。
5. 调用 shmat，将共享内存映射到虚拟地址空间。
6. shm_obtain_object_check 先从基数树里面找到 shmid_kernel 对象。
7. 创建用于内存映射到文件的 file 和 shm_file_data，这里的 struct file 我们姑且称为 file2。
8. 关联内存区域 vm_area_struct 和用于内存映射到文件的 file，也即 file2，调用 file2 的 mmap 函数。
9. file2 的 mmap 函数 shm_mmap，会调用 file1 的 mmap 函数 shmem_mmap，设置 shm_file_data 和 vm_area_struct 的 vm_ops。
10. 内存映射完毕之后，其实并没有真的分配物理内存，当访问内存的时候，会触发缺页异常 do_page_fault。
11. vm_area_struct 的 vm_ops 的 shm_fault 会调用 shm_file_data 的 vm_ops 的 shmem_fault。
12. 在 page cache 中找一个空闲页，或者创建一个空闲页。

此文章为11月Day21学习笔记，内容来源于极客时间《趣谈Linux操作系统》，推荐该课程。