033 Android多进程-共享内存

要使用一块共享内存

还是先看共享内存的使用方法，我主要介绍两个函数：

通过 shmget() 函数申请共享内存,它的入参如下

通过 shmat() 函数将我们申请到的共享内存映射到自己的用户空间，映射成功会返回地址，有了这个地址，我们就可以随意的读写数据了，我们继续看一下这个函数的入参

共享内存的原理是在内存中单独开辟的一段内存空间，这段内存空间其实就是一个tempfs（临时虚拟文件），tempfs是VFS的一种文件系统，挂载在/dev/shm上，前面提到的管道pipefs也是VFS的一种文件系统。

由于共享的内存空间对使用和接收进程来讲，完全无感知，就像是在自己的内存上读写数据一样，所以也是 效率最高 的一种IPC方式。

上面提到的IPC的方式都是 在内核空扰灶间中开辟内存来存储数据 ，写数据时，需要将数据从用户空间拷贝到内核空间，读数据时，需要从内核空间拷贝到自己的用户空间，

共享内存就只需要一次拷贝 ，而且共享内存不是在内核开辟空间，所以可以 传输的数据量大 。

但是 共享内存最大的缺点就是没有并发的控制，我们一般通过信号量配合共享内存使用，进行同步和并发的控制 。

共享内存在Android系统中主要的使用场景是 用来传输大数据 ，并且 Android并没有直接使用Linux原生的共享内存方式，而是设计了Ashmem匿名共享内存 。

之前说到有名管道和匿名管道的区别在于有名管道可以在vfs目录树中查看到这个管道的文件，但是匿名管道不行， 所以匿名共享内存同样也是无法在vfs目录中查看到 的， Android之所以要设计匿名共享内存 ，我觉得主要是为了安全性的考虑吧。

我们来看看共享内存的一个使用场景，在Android中，如果蠢卜我们想要将当前的界面显示出来，需要将当前界面的图元数据传递Surfaceflinger去做图层混合，图层混合之后的数据会直接送入帧缓存，送入帧缓存后，显卡就会直接取出帧缓存里的图元数据显示了。

那么我们如何将应用的Activity的图元数据传递给SurfaceFlinger呢？想要将图像数据这样比较大的数据跨进程传输，靠binder是不行的，所以这儿便用到匿名共享内存。

从谷歌官方提供的架构图可以看到，图元数据是通过BufferQueue传递到SurfaceFlinger去的，当我们想要绘制图像的时候， 需要从BufferQueue中申请一个Buffer，Buffer会调用Gralloc模块来分配共享内存 当作图元缓冲区存放我们的图元数据。

可以看到Android的匿名共享内存是通过 ashmem_create_region() 函数来申请共享内存的，它会在/dev/ashmem下创建一个虚拟文件，Linux原生共享内存是通过shmget()函数，并会在/dev/shm下创建虚拟文件。

匿名共享内存是通过 mmap() 函数将申请到的内存映射到自己的进程空间，而Linux是通过*shmat()函数。

虽然函数不一样，但是带李穗Android的匿名共享内存和Linux的共享内存在本质上是大同小异的。

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Linux的2.2.x内核支持多种共享内存方式，如mmap()系统调用，悄历Posix共享内存，以及系统V共享内存。

共享内存可以说是最有用的进程间通信方式，也是最快的IPC形式。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。

系统V共享内存原理

进程间需要共享的数据被放在一个叫做IPC共享内存区域的地方，所有需要访问该共享区域的进程都要把该共享区域映射到本进程的地址空间中去。系统V共享内存通过shmget获得或创建一个IPC共享内存区域，并返回相应的标识符。内核在保证shmget获得或创建一个共享内存区，初始化该共享内存区相应的shmid_kernel结构注同时，还将在特殊文件系统shm中，创建并打开一个同名文件，并在内存中建立起该文件的相应dentry及inode结构，新打开的文件不属于任何一个进程（任何进程都可以访问该共享内存区）。所有这一切都是系统调用shmget完成的。

Linux 有一个系统调用叫 mmap()，这个 mmap() 可以把一个文件映射到进程的地址空间（进程使用的虚拟内存），这样进程就可以通过读写这个进程地址空间来读写这个文件。

你可能会觉得奇怪，我明明写的是内存啊，怎么会变成写文件了呢？他们之间是怎么转化的呢？

没错，你写的确实是内存，但是你写的这个内存不是普通的内存，你写在这个内存上的内容，过段时间后会被内核写到这个文件上面。而写文件，其实最后都会变成写数据到设备里（硬盘、Nand Flash 等）。

mmap的优点主要在为用户程序随机的访问, *** 作,文件提供了一个方便的 *** 作方法；其次就是为不同进程共享大批量数据提供高效的手段；另外就是对特大文件（无法一次性读入内存）的处理提供了一种有效的方法。

内核里存在着一个特殊的文件系统，这个文件系统的存储介质不是别的，正是 RAM。

在 shmget() 调用之后，系统会为你在这个文件系统上创建一个文件，但是这个时候仅仅是创建了这个文件。

然后你就应该调用 shmat() 了，调用 shmat() 之后，内核会使用 mmap 把这个文件映射到你的进程地址空间，这个时候你就能直接读写映射后的地址了。

过段时间，内核把你写的 内容写到了文件里面，但是，这个文件的存储介质是内存，所以他会怎么做？看明白了吧？

答案：他会写入内存呀

我们先来看看如果不使用内存映射文件的处理流程是怎样的，首先我们得先读出磁盘文件的内容到内存中，然后修改，最后回写到磁盘上。第一步读磁盘文件是要经过一次系统调用的，它首先将文件内容从磁盘拷贝到内核空间的一个缓冲区，然后再将这些数据拷贝到用户空间，实际上是两次数据拷贝。第三步回写也一样也要经过两次数据拷贝。

所以我们基本上会有四次数据的拷贝了，因为大文件数据量很大，几十GB甚至更大，所以拷贝的开销是非常大的。

而内存映射文件是 *** 作系统的提供的一种机制，可以减少这种不必要的数据拷贝，从而提高效率。它由mmap()将文件直接映射到用户空间，mmap()并没有进行数据拷贝，真正的数据拷贝是在缺页中断处理散没时进行的，由于mmap()将文件直接映射到用户空间，所以中断处理函数根据这个映射关系，直接将文件从硬盘拷贝到用户空间，所以只进行了一次数据拷贝 ，比read进行两次数据拷贝要好上一倍，因此，内存映射的效率要比read/write效率高。

一般来说，read write *** 作可以满足大多数文件 *** 作的要求，但是对于某些特殊应用领域所需要的几十GB甚至更大的存储，这种启掘搜通常的文件处理方法进行处理显然是行不通的。

mmap将一个文件或者其它对象映射进内存。文件被映射到多个页上，如果文件的大小不是所有页的大小之和，最后一个页不被使用的空间将会清零。munmap执行相反的 *** 作，删除特定地址区域的对象映射。

当使用mmap映射文件到进程后,就可以直接 *** 作这段虚拟地址进行文件的读写等 *** 作,不必再调用read,write等系统调用.但需注意,直接对该段内存写时不会写入超过当前文件大小的内容.

参考地址：

无法共享内存。每个进程都有自己独立的虚拟地址空间，进程之间的内存是相互隔离的，因此无法共享内存。共享内存是一种高效的进程间通信方式，它允许多个进程访问同一块物理内存，唤枝迟在共享内存中，多个进程可以访问同一块内存区域，这样就可以实搭桥现进程间的数据共享和李。

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