共享内存 linux下怎么跑

linux 共享内存实现

说起共享内存，一般来说会让人想起下面一些方法：

1、多线程。线程之间的内存都是共享的。更确切的说，属于同一进程的线程使用的是同一个地址空间，而不是在不同地址空间之间进行内存共享；

2、父子进程间的内存共享。父进程以MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS选项mmap一块匿名内存，fork之后，其子孙进程之间就能共享这块内存。这种共享内存由于受到进程父子关系的限制，一般较少使用；

3、mmap文件。多个进程mmap到同一个文件，实际上就是大家在共享文件page cache中的内存。不过文件牵涉到磁盘的读写，用来做共享内存显然十分笨重，所以就有了不跟磁盘扯上关系的内存文件，也就是我们这里要讨论的tmpfs和shmem；

tmpfs是一套虚拟的文件系统，在其中创建的文件都是基于内存的，机器重启即消失。

shmem是一套ipc，通过相应的ipc系统调用shmget能够以指定key创建一块的共享内存。需要使用这块内存的进程可以通过shmat系统调用来获得它。

虽然是两套不同的接口，但是在内核里面的实现却是同一套。shmem内部挂载了一个tmpfs分区（用户不可见），shmget就是在该分区下获取名为"SYSV${key}"的文件。然后shmat就相当于mmap这个文件。

所以我们接下来就把tmpfs和shmem当作同一个东西来讨论了。

tmpfs/shmem是一个介于文件和匿名内存之间的东西。

一方面，它具有文件的属性，能够像 *** 作文件一样去 *** 作它。它有自己inode、有自己的page cache；

另一方面，它也有匿名内存的属性。由于没有像磁盘这样的外部存储介质，内核在内存紧缺时不能简单的将page从它们的page cache中丢弃，而需要swap-out；（参阅《linux页面回收浅析》）

对tmpfs/shmem内存的读写，就是对page cache中相应位置的page所代表的内存进行读写，这一点跟普通的文件映射没有什么不同。

如果进程地址空间的相应位置尚未映射，则会建立到page cache中相应page的映射；

如果page cache中的相应位置还没有分配page，则会分配一个。当然，由于不存在磁盘上的源数据，新分配的page总是空的（特别的，通过read系统调用去读一个尚未分配page的位置时，并不会分配新的page，而是共享ZERO_PAGE）；

如果page cache中相应位置的page被回收了，则会先将其恢复；

对于第三个“如果”，tmpfs/shmem和普通文件的page回收及其恢复方式是不同的：

page回收时，跟普通文件的情况一样，内核会通过prio_tree反向映射找到映射这个page的每一个page table，然后将其中对应的pte清空。

不同之处是普通文件的page在确保与磁盘同步（如果page为脏的话需要刷回磁盘）之后就可以丢弃了，而对于tmpfs/shmem的page则需要进行swap-out。

注意，匿名page在被swap-out时，并不是将映射它的pte清空，而是得在pte上填写相应的swap_entry，以便知道page被换出到哪里去，否则再需要这个page的时候就没法swap-in了。

而tmpfs/shmem的page呢？page table中对应的pte被清空，swap_entry会被存放在page cache的radix_tree的对应slot上。

等下一次访问触发page fault时，page需要恢复。

普通文件的page恢复跟page未分配时的情形一样，需要新分配page、然后根据映射的位置重新从磁盘读出相应的数据；

而tmpfs/shmem则是通过映射的位置找到radix_tree上对应的slot，从中得到swap_entry，从而进行swap-in，并将新的page放回page cache；

这里就有个问题了，在page cache的radix_tree的某个slot上，怎么知道里面存放着的是正常的page？还是swap-out后留下的swap_entry？

如果是swap_entry，那么slot上的值将被加上RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_ENTRY标记（值为2）。swap_entry的值被左移两位后OR上RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_ENTRY，填入slot。

也就是说，如果${slot} & RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_ENTRY != 0，则它代表swap_entry，且swap_entry的值是${slot} >> 2；否则它代表page，${slot}就是指向page的指针，当然其值可能是NULL，说明page尚未分配。

那么显然，page的地址值其末两位肯定是0，否则就可能跟RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_ENTRY标记冲突了；而swap_entry的值最大只能是30bit或62bit（对应32位或64位机器），否则左移两位就溢出了。

最后以一张图说明一下匿名page、文件映射page、tmpfs/shmem page的回收及恢复过程：

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。

Linux共享内存使用的过程？

一、什么是共享内存

顾名思义，共享内存就是允许两个不相关的进程访问同一个逻辑内存。共享内存是在两个正在运行的进程之间共享和传递数据的一种非常有效的方式。不同进程之间共享的内存通常安排为同一段物理内存。进程可以将同一段共享内存连接到它们自己的地址空间中，所有进程都可以访问共享内存中的地址，就好像它们是由用C语言函数malloc分配的内存一样。而如果某个进程向共享内存写入数据，所做的改动将立即影响到可以访问同一段共享内存的任何其他进程。

特别提醒：共享内存并未提供同步机制，也就是说，在第一个进程结束对共享内存的写 *** 作之前，并无自动机制可以阻止第二个进程开始对它进行读取。所以我们通常需要用其他的机制来同步对共享内存的访问，例如前面说到的信号量。

二、共享内存的使用

与信号量一样，在Linux中也提供了一组函数接口用于使用共享内存，而且使用共享共存的接口还与信号量的非常相似，而且比使用信号量的接口来得简单。它们声明在头文件 sys/shm.h中。

1、shmget函数

该函数用来创建共享内存，它的原型为：

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg)

第一个参数，与信号量的semget函数一样，程序需要提供一个参数key（非0整数），它有效地为共享内存段命名，shmget函数成功时返回一个与key相关的共享内存标识符（非负整数），用于后续的共享内存函数。调用失败返回-1.

不相关的进程可以通过该函数的返回值访问同一共享内存，它代表程序可能要使用的某个资源，程序对所有共享内存的访问都是间接的，程序先通过调用shmget函数并提供一个键，再由系统生成一个相应的共享内存标识符（shmget函数的返回值），只有shmget函数才直接使用信号量键，所有其他的信号量函数使用由semget函数返回的信号量标识符。

第二个参数，size以字节为单位指定需要共享的内存容量

第三个参数，shmflg是权限标志，它的作用与open函数的mode参数一样，如果要想在key标识的共享内存不存在时，创建它的话，可以与IPC_CREAT做或 *** 作。共享内存的权限标志与文件的读写权限一样，举例来说，0644,它表示允许一个进程创建的共享内存被内存创建者所拥有的进程向共享内存读取和写入数据，同时其他用户创建的进程只能读取共享内存。

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