Linux下实现共享内存的三种主流方法及其比较

在Linux系统下，共享内存（Shared Memory）是一种允许两个或多个进程访问同一块内存空间的机制，它可以有效减少进程间的通信开销。Linux提供了多种方式来实现和使用共享内存，其中三种主要的使用方式包括：

1. 使用POSIX共享内存（POSIX Shared Memory）POSIX共享内存是遵循POSIX标准的一种共享内存实现方式。它允许进程间通过标准的POSIX接口（如shm_open(), ftruncate(), mmap(), close(), unlink()等）来创建、访问和删除共享内存段。
   • 创建共享内存：使用shm_open()函数，类似于打开文件操作，但返回的是一个共享内存对象的标识符（一个文件描述符）。
   • 设置共享内存大小：通过ftruncate()函数设置共享内存的大小。
   • 映射共享内存：使用mmap()函数将共享内存对象映射到进程的地址空间，从而可以直接通过指针访问共享内存。
   • 访问共享内存：通过mmap()返回的指针进行读写操作。
   • 删除共享内存对象：使用unlink()函数删除共享内存对象的名称，但并不会立即释放内存，只有当所有进程都取消了映射后，共享内存才会被释放。
2. 使用System V共享内存System V共享内存是UNIX系统早期的共享内存实现方式，它在Linux中也得到了支持。与POSIX共享内存不同，System V共享内存使用一套不同的API（如shmget(), shmat(), shmdt(), shmctl()）。
   • 创建共享内存：使用shmget()函数，该函数返回共享内存段的标识符。
   • 映射共享内存：使用shmat()函数将共享内存段连接到进程的地址空间。
   • 访问共享内存：通过shmat()返回的指针进行读写操作。
   • 断开共享内存连接：使用shmdt()函数。
   • 控制共享内存：使用shmctl()函数进行共享内存的删除、修改权限等操作。
3. 使用内存映射文件（Memory-Mapped Files）尽管内存映射文件本身不直接等同于共享内存，但它可以被用来实现进程间的共享内存。通过将文件映射到进程的地址空间，多个进程可以访问同一块物理内存区域（该文件的内容）。
   • 创建文件：首先，需要有一个文件（通常是特殊设备文件，如/dev/zero或/dev/shm/下的文件）。
   • 映射文件：使用mmap()函数将文件映射到进程的地址空间。
   • 访问共享内存：通过mmap()返回的指针进行读写操作，这些操作会反映到映射的文件上。
   • 取消映射：使用munmap()函数。
   注意，为了让多个进程能够访问同一块内存映射区域，它们需要映射同一个文件（或设备文件）。

这三种方式各有优缺点，适用于不同的场景。例如，POSIX共享内存因其标准性和易用性而受到青睐；System V共享内存则在一些旧系统或特定应用中仍在使用；而内存映射文件则提供了一种更为灵活的方式来处理大量数据和复杂的数据结构。