共享内存

XSI 共享内存

传统的 XSI(X/Open System Interfaces) shmem 也被成为 System V shmem。开辟的共享内存生命周期为 内核生命周期 ，因此需要手动删除。

XSI shmem 依赖于以下几个 系统调用 ：

shmat
shmctl
shmdt
shmget

XSI 共享内存不支持写时复制和部分共享，但它支持匿名共享内存。

写端如下：

extern "C" {
#include <string.h>
#include <sys/shm.h>
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    key_t key = ftok("/dev/shm/test_shmem", 0);
    int shmid = shmget(key, 1 * 1024 * 1024, IPC_CREAT | 0755);
    char* addr = (char*)shmat(shmid, nullptr, 0);

    memset(addr, 0x1f, 1 * 1024 * 1024);
    shmdt(addr);

    return 0;
}

读端如下：

extern "C" {
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/shm.h>
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    key_t key = ftok("/dev/shm/test_shmem", 0);
    int shmid = shmget(key, 1 * 1024 * 1024, IPC_CREAT | 0755);
    char* addr = (char*)shmat(shmid, nullptr, 0);

    // memset(addr, 0x1f, 1 * 1024 * 1024);
    printf("0x%xd, 0x%xd, 0x%xd\n", addr[0], addr[1], addr[2]);
    shmdt(addr);

    return 0;
}

由于共享内存和进程的生命周期不绑定，因此先运行写端，然后再运行读端也是可行的。

要删除 shmem，需要运行：

shmctl(shmid, IPC_RMID, nullptr);

使用 ipcs 可以查看当前系统中用于进程通信的资源。

POSIX 共享内存

和 XSI 共享内存一样，POSIX 共享内存提供的内存也是内核生命周期，但是 POSIX 共享内存无法使用 ipcs 。POSIX 共享内存在 Linux 下位于 /dev/shmem 路径下，在 MacOS 上则以匿名的形式存放在内核中，无法查看。

写端如下：

extern "C" {
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    int fd = shm_open("test_shmem", O_CREAT | O_RDWR, 0755);
    ftruncate(fd, 1 * 1024 * 1024);

    char* addr = (char*)mmap(nullptr, 1 * 1024 * 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    memset(addr, 0x1f, 1 * 1024 * 1024);
    munmap(addr, 1 * 1024 * 1024);

    return 0;
}

读端如下：

extern "C" {
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    int fd = shm_open("test_shmem", O_CREAT | O_RDWR, 0755);
    ftruncate(fd, 1 * 1024 * 1024);

    char* addr = (char*)mmap(nullptr, 1 * 1024 * 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    printf("0x%xd, 0x%xd, 0x%xd, 0x%xd", addr[0], addr[1], addr[2], addr[3]);
    munmap(addr, 1 * 1024 * 1024);

    return 0;
}

如果需要删除 POSIX shmem，需要调用 shmem_unlink ：

shm_unlink("test_shmem");

memfd

memfd 创建一个文件并返回其 fd。和普通文件一样也能被修改、截断、内存映射，但是是位于内存中的。一旦所有指向它的引用被删除，则此文件自动删除。由于 Unix domain 允许在进程间传递 fd，因此能被用于共享内存。

memfd 目前只存在于 Linux/FreeBSD 中。