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linux共享内存解析

news 来源：原创 2025/6/13 8:33:24

1. 共享内存的基本概念

共享内存是一种允许不同进程直接访问同一块内存区域的机制。与其他IPC机制（如管道、消息队列）相比，共享内存具有以下优点：

高效性：无需进行数据拷贝，数据可以直接在内存中共享，减少了系统调用的开销。
灵活性：多个进程可以同时读写共享内存，适用于需要频繁数据交换的场景。

2. 共享内存的实现方式

在Linux中，共享内存主要通过以下两种方式实现：

2.1 System V 共享内存

System V 共享内存是最早的共享内存实现方式，主要通过以下系统调用进行操作：

shmget：创建或获取一个共享内存段。

参数：
- key：共享内存的键值，唯一标识一个共享内存段
- size：共享内存大小（需为系统页大小的整数倍）
- shmflg：标志位（如IPC_CREAT、IPC_EXCL、权限掩码）
返回值：成功返回共享内存 ID，失败返回 - 1

shmat：将共享内存段附加到进程的地址空间。

参数：
- shmid：共享内存 ID（由 shmget 返回）
- shmaddr：指定映射地址（通常设为 NULL，由系统自动分配）
- shmflg：标志位（如SHM_RDONLY）
返回值：成功返回映射的虚拟地址，失败返回 - 1

shmdt：将共享内存段从进程的地址空间分离。

参数：shmaddr为 shmat 返回的映射地址
返回值：成功返回 0，失败返回 - 1

shmctl：控制共享内存段，如删除、设置权限等。

参数：
- cmd：操作命令（如IPC_RMID删除共享内存段）
- buf：存储共享内存元数据的结构体
返回值：成功返回 0，失败返回 - 1

例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>#define SHM_SIZE 1024  // 共享内存大小
#define KEY 0x1234     // 共享内存键值// 共享内存结构体
typedef struct {int data[10];     // 数据缓冲区int count;        // 数据计数int read_idx;     // 读索引int write_idx;    // 写索引
} SharedData;int main(int argc, char *argv[]) {int shmid;SharedData *shm_ptr;// 创建共享内存段shmid = shmget(KEY, sizeof(SharedData), IPC_CREAT | 0666);if (shmid == -1) {perror("shmget failed");exit(1);}// 映射共享内存到当前进程地址空间shm_ptr = (SharedData *)shmat(shmid, NULL, 0);if (shm_ptr == (void *)-1) {perror("shmat failed");exit(1);}// 初始化共享数据if (argc > 1 && strcmp(argv[1], "producer") == 0) {printf("Producer started\n");for (int i = 0; i < 5; i++) {// 等待缓冲区有空间（实际应使用信号量同步）while (shm_ptr->count >= 10) sleep(1);// 写入数据shm_ptr->data[shm_ptr->write_idx] = i * 10;shm_ptr->write_idx = (shm_ptr->write_idx + 1) % 10;shm_ptr->count++;printf("Produced: %d\n", shm_ptr->data[shm_ptr->write_idx - 1]);sleep(1);}} else if (argc > 1 && strcmp(argv[1], "consumer") == 0) {printf("Consumer started\n");for (int i = 0; i < 5; i++) {// 等待缓冲区有数据（实际应使用信号量同步）while (shm_ptr->count <= 0) sleep(1);// 读取数据int data = shm_ptr->data[shm_ptr->read_idx];shm_ptr->read_idx = (shm_ptr->read_idx + 1) % 10;shm_ptr->count--;printf("Consumed: %d\n", data);sleep(1);}}// 解除映射（生产者/消费者都需要执行）if (shmdt(shm_ptr) == -1) {perror("shmdt failed");exit(1);}// 生产者删除共享内存段if (argc > 1 && strcmp(argv[1], "producer") == 0) {if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1) {perror("shmctl failed");exit(1);}printf("Shared memory deleted\n");}return 0;
}

3、共享内存使用注意事项

同步机制
- 共享内存不提供任何同步机制，需配合信号量、互斥锁等使用（如上例应添加信号量控制读写）
- 典型组合：共享内存 + 信号量 实现高效同步通信
内存映射与权限
- 映射后需确保进程有读写权限（通过 shmget 的权限掩码控制）
- 进程退出时会自动解除映射，但共享内存段需显式删除
数据一致性
- 多进程同时修改数据可能导致竞争条件，需通过同步原语保证原子性
- 建议将共享数据封装为结构体，避免碎片化访问
系统限制
- 共享内存大小受限于/proc/sys/kernel/shmmax（默认通常为 32MB）
- 可通过sysctl -w kernel.shmmax=...动态调整，或修改/etc/sysctl.conf永久生效