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前言

共享内存（shared memory）是最常见的ipc进程之间通讯的方式之一了，很多linux书籍上，都将共享内存评价为“最有用的ipc机制”，就连Binder机制盛行的android体系，同样也离不开共享内存的应用！在所以ipc方式中，共享内存以“快”赢得了很多开发者的掌声，我们下面深入看看！

共享内存相关函数

首先讲到共享内存，那么肯定离不开要介绍几个函数

shmget

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
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shmget函数用来获取一个内存区的ipc标识，这个标识在内核中，属于一个身份标识符号（ipc标识符，正常情况下是不会重复的，但是标识符也有限制的，比如linux2.4最大为32768，用完了就会重新计算），通过shmget调用，会返回给我们当前的ipc标识，如果这个共享内存区本来就不存在，就直接创建，否则就把当前标识直接返回给我们！说了一大堆，其实很简单，就相当于给我们返回了一个代表该共享内存的标识罢了！

shmat

void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
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shmat把一个共享内存区域添加到进程上，我们之前在mmap这一章节有提到过线性区的概念，就是进程可用的一组地址（可以用，但是用的时候才真正分配），而shmat就把共享内存的这块地址，通过（shmid shmget可以获取到的）放到了进程中的可用地址范围内，用范围内的合适地址（shmaddr这里指进程想要发生映射的可用地址）指向了共享内存实际的地址，可以见上图！

shmdt

int shmdt(const void *shmaddr);
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用于从当前进程把指定的共享内存shmaddr地址分离出去，这里只是分离，只是从当前进程中不可见了，但是对于其他进程来说，还是依旧存在的，再拿上面的图举例子，如果进程1中调用了shmadt，那么当前状态就如下图所示

同时这里有个非常需要注意的点，就是就算共享内存没有被其他任何进程使用，它所占有的页也是不能直接被删除的，只能用“页的换出”操作代替不用的页（留个疑问，后文解析）

当然，为了避免用户态过程中共享内存的过分创建，一般的限制大小为4096个

共享内存本质

看到这里的朋友，包括我，一定会想问，共享内存最本质是个什么东西呀？为什么linux会创建处理这么一个神奇的东西？在这里我可以告诉大家，共享内存其实就是一个“文件”！不光如此，我们所熟知的ipc方式，比如管道，消息队列，共享内存，其实就是对文件的操作！我的天，我们嗤之以鼻的“文件”，最不起眼不被用的ipc方式，只是换了个名称，就让大家高攀不起了！是的，共享内存的本质，其实就是shm特殊文件系统的一个文件罢了！因为shm文件系统在linux系统中没有安装点，即没有可视化的文件路径，普通用户无法“看到”或者“摸到”，就给我们产生了一个错觉，以为是一个很高深的东西，其实并没有啦！一个共享内存，其实就是一个文件，只不过这个文件我们看不到罢了，但是linux内核能看到，就这么简单！（以后面试官问到ipc有哪些，回答“文件”即可哈哈哈，手动狗头）

那么接下来又有一个问题了，为什么一个文件能有这么大的奇效，我们常说的共享内存只需要一次拷贝（假如进程a写入到进程b可见算一次）呀，面试官还经常问我们呢！一个小小文件怎么做到的？没错，没错！就是mmap搞得鬼呀！属于共享内存的这个文件，在进程中其实就是使用了mmap操作，把进程的地址映射到了这个文件，所以写入一次就对其他同样进行mmap的进程可见罢了！这个mmap，是通过shm_mmap函数实现的（细节可看官网，这里就不贴出来了）最后我们再看一下共享内存的核心数据结构，shmid_kernel

struct shmid_kernel /* private to the kernel */
{   
    struct kern_ipc_perm shm_perm;  //描述进程间通信许可的结构
    struct file * shm_file;        //指向共享内存文件的指针 
    unsigned long shm_nattch;     //挂接到本段共享内存的进程数
    unsigned long shm_segsz;     //段大小
    time_t        shm_atim;     //最后挂接时间
    time_t        shm_dtim;    //最后解除挂接时间
    time_t        shm_ctim;   //最后变化时间
    pid_t         shm_cprid; //创建进程的PID 
    pid_t         shm_lprid;//最后使用进程的PID
    
    ....
};
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共享内存页回收问题

我们刚刚留下了一个疑问点，就是共享内存的页就算没有进程引用，也不能被直接删除，而是采用换出的方式！为什么不能被删除呢？因为在正常情况下，linux内核中对于页删除有比较严格的判断，页被删除的前提需要页被标记被脏，触发磁盘写回的操作，然后才会从删除这个页！但是共享内存的页其实在磁盘上是没有存在映射的索引节点的，因此写回磁盘这个操作前提就不成立，所以正常的处理是这个页会被保留，但是页的内容会被其他有需要的页的“伙伴”被复用，做到只是数据的删除页不删除！这是需要注意的点！当然，在紧急内存不足的情况下，系统也会调用try_to_swap_out方法，回收一般页，但是共享内存的页会有定制的shmem_write_page，会进行页的copy操作，防止了属于共享内存的页被“直接删除”。

Android中的共享内存

Android中也有很多地方用到了共享内存，比如ContentProvider中数据的交换，比如CursorWindow的数据交换，里面其实就是利用了共享内存。还有就是传递给SurfaceFlinger的渲染数据，也就是通过共享内存完成的。之所以使用共享内存，还是得益于共享内存的设计，效率较高且没有像管道这种多拷贝的情况，不使用Binder是也是因为Binder依赖的Parcel数据传输，在大数据上并没有很大的优势！当然，相比于Binder，共享内存算是作为最底层api，并没有提供同步机制！当然，Binder同时也用了mmap（binder_mmap）,在这基础上通过mutex_lock进行了同步机制，算是比共享内存有了更加契合Android的设计

总结

看完这里，应该都会用共享内存进行我们所需的开发了，无论是Binder还是共享内存，只有在合适自己的场合使用，才能获得最大收益！最后！

神奇的共享内存

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