C扩展从共享内存shm到memcache外部内存 Linux共享内存(一)Memcache 协议 (译)Memcached通信协议(中文版)

引言 - ipc - shm 共享内存

　　本文会通过案例了解ipc 的共享内存机制使用, 后面会讲解C 如何使用外部内存服务memcached. 好先开始了解 linux 共享内存机制.

推荐先参看下面内容回顾一下共享内存 linux api.

　　linux进程间的通信(C): 共享内存 http://blog.chinaunix.net/uid-26000296-id-3421346.html

上面文章可以简单看一下概念. 下面这篇文章好些, 可以细看加深共享内存api使用熟练度.

　　Linux共享内存(一) http://www.cnblogs.com/hicjiajia/archive/2012/05/17/2506632.html

那我们开始吧. 先看初步编译文件 Makefile

CC = gcc 
DEBUG = -ggdb3 -Wall
RUN = $(CC) $(DEBUG) -o $@ $^

all:shmsrv.out shmclt.out

shmsrv.out:shmsrv.c
    $(RUN)
shmclt.out:shmclt.c
    $(RUN)

# 删除 make clean 操作
.PHONY:clean
clean:
    rm -rf *.i *.s *.o *.out *~ core_*; ls -al

先看共享内存服务器端, 主要是写内容到共享内存中. shmsrv.c

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

// 控制台打印错误信息, fmt必须是双引号括起来的宏
#define CERR(fmt, ...) \
    fprintf(stderr,"[%s:%s:%d][error %d:%s]" fmt "\r\n",\
             __FILE__, __func__, __LINE__, errno, strerror(errno),##__VA_ARGS__)

// 控制台打印错误信息并退出, t同样fmt必须是 ""括起来的字符串常量
#define CERR_EXIT(fmt,...) \
        CERR(fmt,##__VA_ARGS__),exit(EXIT_FAILURE)

// 简单检测,意外就退出
#define IF_CHECK(code) \
      if((code) < 0) \
        CERR_EXIT(#code)

// 共享内存key
#define _INT_SHMKEY (0x12321)

/*
 * 这里设置一个共享内存, 写入数据, 让别人来读.
 * 写入的数据内容来自用户输入.
 * 需要先启动
 */
int main(int argc, char* argv[]) {
    int shmid, i, j;
    char* shm;

    // 检测参数输入
    if(argc < 2)
        CERR_EXIT("uage: %s argv[1] [argv[.]].", argv[0]);

    /*
     *  0764 是0开头表示八进制数,
     *  7表示 当前进程具有读写执行权限, 
     *     6表示 同会话组具有读写权限, 同组表示groupid 相同 
     *     4表示 其它表示具有读权限
     */
    IF_CHECK(shmid = shmget(_INT_SHMKEY, BUFSIZ+1, 0764|IPC_CREAT));
    
    // 添加简单测试 
    printf("test stdio.h BUFSIZ = %d\n", BUFSIZ);

    // 开始共享内存关联
    shm = shmat(shmid, NULL, 0);
    // 这里写入数据
    for(i=j=0; i<argc; ++i) {
        const char* ts = argv[i];
        while(*ts) {
            shm[j++] = *ts++;
            if(j>=BUFSIZ)
                break;
        }
        if(j>=BUFSIZ)
            break;
        shm[j++] = ' ';
    }
    shm[j] = '\0';

    // 这里查看一下共享内存信息
    system("ipcs -m");

    // 取消关联
    IF_CHECK(shmdt(shm));

    // 删除共享内存
    //IF_CHECK(shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL));
    
    return 0;    
}

推荐看上面代码了解共享内存api使用方式, 先创建或打开, 后面绑定, 再到取消绑定等价于内核引用计数减一.

可能需要注意的是对于 0764 详细解释, 这个是约定, 采用八进制数, 第一个数 7 = 4 + 2 + 1 .

4表示读权限, 2表示写权限, 1表示可执行权限. 文件权限可以搜一下了解.

例如文件权限 http://blog.chinaunix.net/uid-20864319-id-448817.html

后面

ipcs -m

表示查看所有共享内存状态. 具体的操作命令可以继续搜一搜.

例如 ipc 命令 http://www.cnblogs.com/cocowool/archive/2012/05/22/2513027.html

运行结果如下

C扩展从共享内存shm到memcache外部内存

Linux共享内存(一)
Memcache 协议 (译)
Memcached通信协议(中文版)

表示当前连接数为1. 大小为8193 权限是 0764, 名称为 0x00012321.

再来看客户端只读取 shmclt.c

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

// 控制台打印错误信息, fmt必须是双引号括起来的宏
#define CERR(fmt, ...) \
    fprintf(stderr,"[%s:%s:%d][error %d:%s]" fmt "\r\n",\
             __FILE__, __func__, __LINE__, errno, strerror(errno),##__VA_ARGS__)

// 控制台打印错误信息并退出, t同样fmt必须是 ""括起来的字符串常量
#define CERR_EXIT(fmt,...) \
        CERR(fmt,##__VA_ARGS__),exit(EXIT_FAILURE)

// 简单检测,意外就退出
#define IF_CHECK(code) \
      if((code) < 0) \
        CERR_EXIT(#code)

// 共享内存key
#define _INT_SHMKEY (0x12321)

/*
 * 这里设置一个共享内存, 写入数据, 让别人来读.
 * 写入的数据内容来自用户输入.
 * 需要先启动
 */
int main(int argc, char* argv[]) {
    int shmid;
    char* shm;

    IF_CHECK(shmid = shmget(_INT_SHMKEY, BUFSIZ+1, IPC_CREAT));

    // 开始共享内存关联
    shm = shmat(shmid, NULL, 0);

    // 输出内容
    puts(shm);
    // 这里查看一下共享内存信息
    system("ipcs -m");

    // 取消关联
    IF_CHECK(shmdt(shm));
    // 删除共享内存
    IF_CHECK(shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL));
    
    return 0;    
}

运行结果是

C扩展从共享内存shm到memcache外部内存

Linux共享内存(一)
Memcache 协议 (译)
Memcached通信协议(中文版)

打印出结果了, 后面 ipcs -m 就查不出结果了.

删特定共享内存命令是 ipcrm -m shmid

其它就多尝试. 共享内存本质多个进程将虚拟内存地址映射到相同的物理内存地址.

前言 - memcache 服务安装使用

　　到这里我们了解了共享内存基础使用, 后面扩展一点了解memcache 缓存机制(外部内存). 有机会再研究分析它的源码,

再来分享. 扯一点,memcache 是这个高速缓存项目的名称, 就是这个项目, memcached表示最后启动的服务名称.

前言部分主要是了解 memcache的安装和基本协议命令. 采用环境是 ubuntu 15. 10版本.

安装命令

sudo apt-get install memcached

安装好了采用

ps -ef | grep memcached

测试安装成功结果, 是启动了 memcached 服务

C扩展从共享内存shm到memcache外部内存

Linux共享内存(一)
Memcache 协议 (译)
Memcached通信协议(中文版)

后面可以看看 memcache 命令中文手册 , 也可以通过 memcached -h 查看, 翻译的中文可以简单参照下面.

memcached 中文手册 http://www.jinbuguo.com/man/memcached.html

后面我们开始使用 memcache . 主要围绕, 设置数据, 更新数据, 删除数据.

一种操作方式如下

C扩展从共享内存shm到memcache外部内存

Linux共享内存(一)
Memcache 协议 (译)
Memcached通信协议(中文版)

进入后 add set get 操作如下示例如下

C扩展从共享内存shm到memcache外部内存

Linux共享内存(一)
Memcache 协议 (译)
Memcached通信协议(中文版)

第一个 set id 0 0 5 表示设置 key 为 id , 第一个0表示标识为 unsigned short . 第二个0表示没有过期时间, 5表示后面插入字符长度为5.

后面输入 nihao 就是 set 进去的数据.

成功返回 STORED, 失败返回 NOT_STORED.

add 和 set 相似只能在没有待插入key 时候才会成功, 否则都失败.

详细的可以看

memcache telnet 维护 http://blog.csdn.net/love__coder/article/details/7828253

更加详细的参看下面

Memcache 协议 (译) http://www.cnblogs.com/warriorlee/archive/2011/09/18/2180661.html

memcache 简易介绍笔记 http://blog.sina.com.cn/s/blog_53f716d40100hls0.html

Memcached通信协议(中文版) http://www.cnblogs.com/kevintian/articles/1197681.html

具体设置命令还是比较多, 这里只列举了最常用的用法. 更多的经验还得自己试错.

memcache 还是很好用的. 到这里memcache 基础协议部分可以过了. 下面会通过其驱动正式开发.

正文 - C调用使用memcached服务

　　memcahce 确实比较不错, 挺好用的. 首先直接看下面例子, 到这里还是比较重要的. 请一定要注意仔细了, 能完整跑起来的不容易.

那开始跟着我做吧. 我们memcached 服务器已经安装好了, 但是少个客户端驱动, 否则无法调用它服务进行处理.

在Linux 上我们采用 libmemcachde 库.

Introducing the C Client Library for memcached http://docs.libmemcached.org/libmemcached.html

源码安装下载地址 https://github.com/memcached/memcached/wiki/ReleaseNotes1425

下载下来后执行

tar –xvf libmemcached-1.0.18.tar
cd libmemcached-1.0.18

执行过程结果

C扩展从共享内存shm到memcache外部内存

Linux共享内存(一)
Memcache 协议 (译)
Memcached通信协议(中文版)

进去之后结果如下

C扩展从共享内存shm到memcache外部内存

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Memcache 协议 (译)
Memcached通信协议(中文版)

到这里执行下面步骤

./configure
make
sudo make install

执行上面之后保证成功了. 可能在之前你需要安装 libevent-dev, sudo apt-get install libevent-dev. 安装网络库.

安装完毕之后需要为其配置 lib 环境变量 (很重要, 理解为 window上 path) 看下图

C扩展从共享内存shm到memcache外部内存

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Memcache 协议 (译)
Memcached通信协议(中文版)

具体命令如下

cd
vi .bashrc
Shift + G
i
# 为 memcached 客户端libmemcahced添加 的库目录
export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/lib:$LD_LIBRARY_PATH
wq!

source .bashrc

中间命令是为了进去 .bashrc 文件在最后一行添加新的环境变量, 其中 /usr/local/lib 是本用户安装的库目录.

好了到这里一切妥当了. 先写个简单的demo memheoo.c 测试一下

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <libmemcached/memcached.h>

/*
 * 测试 memcached 的使用
 */
int main(int argc, char* argv[]) {
    // connect server
    memcached_st* memc;
    memcached_return rc;
    memcached_server_st* mems;
    time_t expir = 0;
    uint32_t flag = 0;
    const char* res;
    const char* key = "hello";
    size_t klen = strlen(key), vlen;

    // 开始测试, 可以不用添加检测代码, 这里只为了知道有这个api
    memc = memcached_create(NULL);
    mems = memcached_server_list_append(NULL, "127.0.0.1", 11211, &rc);
    if(!memcached_success(rc)){
        fprintf(stderr, "添加服务器列表失败!\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // 这东西目前唯一资料就是libmemcached源码
    rc = memcached_server_push(memc, mems);
    if(!memcached_success(rc)) {
        fprintf(stderr, "添加服务器列表向客户端失败!");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    memcached_server_list_free(mems);

    // 开始设置数据
    rc = memcached_set(memc, key, klen, "world", 5 , expir, flag);
    if(rc == MEMCACHED_SUCCESS)
        printf("Set data<hello, world> => %d\n", rc);

    // 这里得到数据
    res = memcached_get(memc, key, klen, &vlen, &flag, &rc);
    if(rc == MEMCACHED_SUCCESS) 
        printf("get value:%s, len:%ld, flag:%d\n", res, vlen, flag);
    
    // 删除数据
    rc = memcached_delete(memc, key, klen, expir);
    if(rc == MEMCACHED_SUCCESS)
        printf("%s 删除成功!\n", key);
    else
        puts("删除失败!");
    
    // free
    memcached_free(memc);

    return 0;    
}

编译命令执行命令如下

gcc -g -Wall -o memheoo.out memheoo.c -lmemcachedls

./memheoo.out

最后执行结果如下

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Memcache 协议 (译)
Memcached通信协议(中文版)

好这里我们基本的demo都执行完毕了. 全部都跑起来. 瞬间感觉顺畅了一点.

最后我们通过 libmemcached 构建一件有意思的时间锁. 具体如下 memlock.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <libmemcached/memcached.h>

/*
 * 测试 memcached 的使用
 */
int main(int argc, char* argv[]) {
    // connect server
    memcached_st* memc;
    memcached_return rc;
    memcached_server_st* mems;
    time_t expir = 10; // 过期时间为10s
    const char* key = "__mem_key_lock";
    size_t klen = strlen(key);

    // 创建服务器地址添加到客户端中
    memc = memcached_create(NULL);
    mems = memcached_server_list_append(NULL, "127.0.0.1", 11211, &rc);
    rc = memcached_server_push(memc, mems);
    if(rc != MEMCACHED_SUCCESS) {
        fprintf(stderr, "添加服务器地址失败!=>%s\n", memcached_error(memc));    
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    memcached_server_list_free(mems);

    // 开始通过数据加锁
    rc = memcached_add(memc, key, klen, "0", 1, expir, 0);
    if(rc != MEMCACHED_SUCCESS) {
        printf("这里竞争锁失败! MEMCACHED_NOTSTORED = %d \n", rc == MEMCACHED_NOTSTORED);
        memcached_free(memc);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    printf("得到锁资源 这里等待 : %ld s后结束\n", expir);
    // 等待 10s ,可以用另一个 进程测试
    sleep(expir);

    // free
    memcached_free(memc);

    return 0;    
}

看第一个会话进程开启测试

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Memcached通信协议(中文版)

第二会话在这期间测试

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Memcache 协议 (译)
Memcached通信协议(中文版)

这里通过 memcached 服务构建一个带时效性的 lock, 是不是很有意思. 到这里基本上关于memcahed 或内存使用是可以了解了.

对于高级部分扩展, 那就随着业务的需求进行优化和扩展了. 每一项技术都是无底洞, 因业务需求而定最好.

后记

　　到这里基本完毕, 有问题可以交流, 会快速改正. 拜~~