Linux共享内存实现机制的详解

Linux共享内存实现机制的详解

内存共享：两个不同进程A、B共享内存的意思是，同一块物理内存被映射到进程A、B各自的进程地址空间。进程A可以即时看到进程B对共享内存中数据的更新，反之亦然。由于多个进程共享同一块内存区域，必然需要某种同步机制，互斥锁和信号量都可以。

效率：采用共享内存通信的一个显而易见的好处是效率高，因为进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝。对于像管道和消息队列等通信方式，则需要在内核和用户空间进行四次的数据拷贝，而共享内存则只拷贝两次数据[1]： 一次从输入文件到共享内存区，另一次从共享内存区到输出文件。实际上，进程之间在共享内存时，并不总是读写少量数据后就解除映射，有新的通信时，再重新建 立共享内存区域。而是保持共享区域，直到通信完毕为止，这样，数据内容一直保存在共享内存中，并没有写回文件。共享内存中的内容往往是在解除映射时才写回  文件的。因此，采用共享内存的通信方式效率是非常高的。

共享内存实现机制

共享内存是通过把同一块内存分别映射到不同的进程空间中实现进程间通信。而共享内存本身不带任何互斥与同步机制，但当多个进程同时对同一内存进行读写操作时会破坏该内存的内容，所以，在实际中，同步与互斥机制需要用户来完成。
来看几个系统调用函数：

（1）创建共享内存

参数：key为输出型参数
size：size的大小应为1024整数倍（4k对齐）
shmflg:权限标志

（2）将共享内存映射到自己的内存空间:shmat

shmat是空间映射，通过创建的共享内存，在它能被进程访问之前，需要把该段内存映射到用户进程空间。shmaddr是用来指定共享内存映射到当前进程中的地址位置，要想改设置有用，shmflag必须设置为SHM_RND标志。大多情况下，应设置为空指针(void*)0,让系统自动选择地址，从而减小程序对硬件的依赖性。shmflag除了上面的设置外，还可以设置为SHM_RDONLY,使得映射过来的地址只读。  
返回值：调用成功则返回映射地址的第一个字节，失败返回-1。
（3）解除映射:shmdt

参数为要解除的地址空间。

（4）控制共享内存

先来看第三个参数的结构体：


第二个参数cmd的选项：IPC_STAT:得到共享内存的状态，把共享内存的shmid_ds结构体复制到buf里

IPC_SET：改变共享内存的状态，把buf所指的结构体中的uid,gid,mode,复制到共享内存的shmid_ds结构体内
IPC_RMID:删除这块共享内存
BUF：共此内存管理结构体

代码实现：

共享内存的特点：

（1）共享内存就是允许两个不想关的进程访问同一个内存
（2）共享内存是两个正在运行的进程之间共享和传递数据的最有效的方式
（3）不同进程之间共享的内存通常安排为同一段物理内存
（4）共享内存不提供任何互斥和同步机制，一般用信号量对临界资源进行保护。
（5）接口简单

所有进程间通信的特点：

（1）管道

管道分为命名管道和匿名管道。匿名管道只能单向通信，且只能在有亲缘关系的进程间使用，常用于父子进程，当一个进程创建了一个管道，并调用fork创建子进程后，父进程关闭读端，子进程关闭写端，实现单向通信。管道是面向字节流，自带互斥与同步机制，生命周期随进程。
命名管道与匿名管道：命名管道允许毫不相干的两个进程之间

（2）信号量

信号量是一个计数器，可以用来控制多个线程对共享资源的访问，它不是用于交换大批数据，而用于多线程之间的同步，常作为一种锁机制，防止某进程在访问资源时其他进程也来访问，因此，主要作为进程间以及同一进程的不同线程间的同步手段。

（3）消息队列

消息队列是消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识，消息队列克服了信号传递信息少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区受限等特点。消息队列是UNIX下不同进程之间可以实现资源共享的 一种机制，UNIX允许不同进程将格式化的数据流以消息队列形式发送给任意进程，对消息队列具有操作权限的进程都可以使用msgget完成对消息队列的操作控制，通过使用消息类型，进程可以按顺序读信息，或为消息安排优先级顺序。

（4）共享内存

共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问，共享内存是最快的IPC方式，它是针对其他IPC方式运行效率低而专门设计的，它往往与其他机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步。