Linux下共享内存详解
共享内存是Linux中一种高效的进程间通信（IPC）方式，它允许多个进程共享同一段内存，从而实现数据的快速传递。共享内存通常比其他IPC机制（如管道或消息队列）更快，因为数据直接存储在内存中，而不需要额外的内核拷贝。
1. 共享内存的基础概念
在Linux中，共享内存有两种主要实现方式：
- POSIX共享内存：符合POSIX标准，通过
shm_open和mmap等函数操作。 - System V共享内存：这是传统的共享内存机制，依赖
shmget、shmat等函数。
两者的使用场景各有不同，POSIX共享内存通常更现代化、易用，且与文件系统相关联，而System V共享内存则具有较长的历史，并且更加底层。
2. System V 共享内存
2.1 shmget 函数
shmget用于创建或获取共享内存段，语法如下：
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
key：共享内存段的标识符，可以通过ftok函数生成。size：共享内存的大小。shmflg：权限标志，通常包括读写权限（如0666）以及IPC_CREAT（创建标志）等。
示例：
key_t key = ftok("file", 65); // 生成key
int shmid = shmget(key, 1024, 0666|IPC_CREAT); // 创建1KB大小的共享内存段
2.2 shmat 函数
shmat用于将共享内存段连接到当前进程的地址空间，语法如下：
void* shmat(int shmid, const void* shmaddr, int shmflg);
shmid：通过shmget获取的共享内存标识符。shmaddr：通常为NULL，让系统自动选择合适的地址。shmflg：标志位，常用0或SHM_RDONLY（只读模式）。
示例：
char* str = (char*) shmat(shmid, NULL, 0); // 连接共享内存段
2.3 shmdt 函数
shmdt用于分离共享内存段，即将共享内存从当前进程的地址空间中移除：
int shmdt(const void *shmaddr);
shmaddr：通过shmat返回的共享内存地址。
示例：
shmdt(str); // 分离共享内存段
2.4 shmctl 函数
shmctl用于控制共享内存段，比如删除共享内存段或获取共享内存段的信息：
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
shmid：共享内存段的标识符。cmd：控制命令，如IPC_RMID（删除共享内存段）。buf：用于存储共享内存段的相关信息。
示例：
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL); // 删除共享内存段
3. POSIX 共享内存
3.1 shm_open 函数
shm_open用于创建或打开一个共享内存对象，它与文件相关联，并且可以通过文件描述符访问，语法如下：
int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);
name：共享内存对象的名称，以/开头。oflag：标志位，常用O_CREAT（创建）、O_RDWR（读写）等。mode：权限，如0666。
示例：
int fd = shm_open("/myshm", O_CREAT | O_RDWR, 0666); // 创建/打开共享内存
3.2 ftruncate 函数
ftruncate用于调整共享内存对象的大小：
int ftruncate(int fd, off_t length);
fd：通过shm_open返回的文件描述符。length：共享内存对象的大小。
示例：
ftruncate(fd, 1024); // 调整共享内存大小为1KB
3.3 mmap 函数
mmap用于将共享内存映射到进程的地址空间中：
void* mmap(void* addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
addr：通常为NULL，表示由系统选择地址。length：映射的大小。prot：内存保护位，如PROT_READ（可读）、PROT_WRITE（可写）。flags：标志位，如MAP_SHARED（共享）。fd：通过shm_open返回的文件描述符。offset：通常为0。
示例：
void* ptr = mmap(0, 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);//映射共享内存
3.4 munmap 函数
munmap用于解除共享内存的映射：
int munmap(void* addr, size_t length);
addr：映射内存的地址。length：映射的大小。
示例：
munmap(ptr, 1024); // 解除映射
3.5 shm_unlink 函数
shm_unlink用于删除共享内存对象，类似于System V中的shmctl的IPC_RMID命令：
int shm_unlink(const char *name);
name：共享内存对象的名称。
示例：
shm_unlink("/myshm"); // 删除共享内存对象
4. 共享内存的同步
共享内存本质上是多个进程之间的共享区域，因此需要同步机制以防止数据竞争。常见的同步方式包括信号量（semaphore）和互斥锁（mutex）。
示例： 可以使用POSIX信号量来同步共享内存的访问：
sem_t* sem = sem_open("/mysem", O_CREAT, 0666, 1); // 创建信号量
sem_wait(sem); // 进入临界区
// 访问共享内存
sem_post(sem); // 离开临界区
sem_close(sem); // 关闭信号量
sem_unlink("/mysem"); // 删除信号量
5. 总结
共享内存是Linux进程间通信中非常重要且高效的方式，既有POSIX标准的实现，也有传统的System V接口。通过共享内存，多个进程可以在不进行大量内核拷贝的情况下快速共享数据。不过，使用共享内存时需要注意进程间的同步，以避免数据不一致或竞争条件的发生。