Linux进程通信实验（共享内存通信，接上篇）

这一篇记录一下共享内存实验，需要linux的共享内存机制有一定的了解，同时也需要了解POSIX信号量来实现进程间的同步。可以参考以下两篇博客: https://blog.csdn.net/sicofield/article/details/10897091

https://blog.csdn.net/ljianhui/article/details/10253345

实验要求：编写sender和receiver程序，sender创建一个共享内存并等待用户输入，然后把输入通过共享内存发送给receiver并等待，receiver收到后把消息显示在屏幕上并用同样方式向sender发送一个over，然后两个程序结束运行。

这个实验的难点主要在于共享内存的创建和撤销（涉及到的步骤比较多，需要理解各步骤的功能），以及实现两个进程间的相互等待（使用信号量来实现，这里使用了有名信号量）

实验心得：学习理解了linux的共享内存机制以及POSIX信号量机制。

两个实验虽然加强了对linux一些机制的理解，但是感觉对linux的学习还不够，需要继续学习。

在 Linux 中设置共享内存的方法有很多种，下面是一种常用的方法：

使用shmget()函数创建一块共享内存，可以指定共享内存的大小和标识符。

使用shmat()函数将共享内存连接到进程的地址空间，返回指向共享内存的指针。

使用shmdt()函数断开与共享内存的连接。

使用shmctl()函数删除共享内存。

具体实现可以参考以下代码示例:

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/shm.h>

#include <stdio.h>

int main() {

// 1. 创建共享内存

int shmid = shmget(IPC_PRIVATE, 100, 0666 | IPC_CREAT)

if (shmid <0) {

perror("shmget error")

return 1

}

// 2. 连接共享内存

void *shm = shmat(shmid, NULL, 0)

if (shm == (void *)-1) {

perror("shmat error")

return 1

}

// 使用共享内存

// ...

// 3. 断开连接

if (shmdt(shm) <0) {

perror("shmdt error")

return 1

}

// 4. 删除共享内存

if (shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) <0) {

perror("shmctl error")

return 1

}

return 0

}

这是一个简单的示例，在这里我们创建了一个大小为100字节的共享内存，并使用shmget()、shmat()、shmdt()、shmctl()四个函数来创建、连接、断开连接、删除共享内存。

在实际应用中，我们需要根据需要来调整共享内存的大小，并在使用共享内存时进行相应的同步和互斥 *** 作来保证数据的安全性。

需要注意的是，在使用共享内存时，我们需要确保共享内存在进程全部退出后能够被释放，这可以通过在父进

程中删除共享内存来实现。另外在程序中也要考虑到异常处理，如果在程序运行过程中发生了异常，应该及时释放所占用的共享内存，以免造成资源浪费。

另外需要提醒的是，共享内存是一种高级的IPC(Inter-Process Communication)机制，使用时需要谨慎，避免出现数据竞争和死锁等问题。

关于 Linux 共享内存，写得最好的应该是宋宝华的 《世上最好的共享内存》 一文。

本文可以说是对这篇文章的学习笔记，顺手练习了一下 rust libc —— shichaoyuan/learn_rust/linux-shmipc-demo

按照宋宝华的总结，当前有四种主流的共享内存方式：

前两种方式比较符合传统的用法，共享内存做为进程间通信的媒介。

第三种方式更像是通过传递内存“句柄”进行数据传输。

第四种方式是为设备间传递数据设计，避免内存拷贝，直接传递内存“句柄”。

这里尝试了一下第二种和第三种方式。

这套 API 应该是最普遍的 —— shm_open + mmap，本质上来说 Aeron 也是用的这种方式（关于 Aeron 可以参考 我之前的文章 ）。

看一下 glibc 中 shm_open 函数的实现就一清二楚了：

shm_open 函数就是在 /dev/shm 目录下建文件，该目录挂载为 tmpfs，至于 tmpfs 可以简单理解为存储介质是内存的一种文件系统，更准确的理解可以参考官方文档 tmpfs.txt 。

然后通过 mmap 函数将 tmpfs 文件映射到用户空间就可以随意 *** 作了。

优点：

这种方式最大的优势在于共享的内存是有“实体”（也就是 tmpfs 中的文件）的，所以多个进程可以很容易通过文件名这个信息构建共享内存结构，特别适合把共享内存做为通信媒介的场景（例如 Aeron ）。

缺点：

如果非要找一个缺点的话，可能是，文件本身独立于进程的生命周期，在使用完毕后需要注意删除文件（仅仅 close 是不行的），否则会一直占用内存资源。

memfd_create 函数的作用是创建一个匿名的文件，返回对应的 fd，这个文件当然不普通，它存活在内存中。更准确的理解可以参考官方文档 memfd_create(2) 。

直观理解，memfd_create 与 shm_open 的作用是一样的，都是创建共享内存实体，只是 memfd_create 创建的实体是匿名的，这就带了一个问题：如何让其它进程获取到匿名的实体？shm_open 方式有具体的文件名，所以可以通过打开文件的方式获取，那么对于匿名的文件怎么处理呢？

答案是：通过 Unix Domain Socket 传递 fd。

rust 的 UDS 实现：

rust 在 std 中已经提供了 UDS 的实现，但是关于传递 fd 的 send_vectored_with_ancillary 函数还属于 nightly-only experimental API 阶段。所以这里使用了一个三方 crate —— sendfd ，坦白说可以自己实现一下，使用 libc 构建好 SCM_RIGHTS 数据，sendmsg 出去即可，不过细节还是挺多，我这里就放弃了。

这套 API 设计更灵活，直接拓展了我的思路，本来还是受限于 Aeron 的用法，如果在这套 API 的加持下，是否可以通过传递数据包内存块（fd）真正实现零拷贝呢？

优点：

灵活。

缺点：

无

---