共享内存的基本概念
共享内存是Linux系统中最高效的进程间通信（IPC）方式之一，它允许多个进程访问同一块物理内存空间，无需通过内核进行数据中转，与管道、消息队列等IPC机制相比，共享内存直接操作内存，数据传输速度快，延迟低，特别适合需要频繁、大量数据交换的场景，这种高效性也带来了同步问题，多个进程同时读写同一内存区域时，必须通过信号量、互斥锁等机制进行同步，否则会导致数据不一致。
共享内存的API接口
Linux提供了System V和POSIX两套共享内存API，其中System V接口较为传统，而POSIX接口则更现代化、易用，以System V为例，核心函数包括shmget()、shmat()、shmdt()和shmctl()。shmget()用于创建或获取共享内存标识符，需指定内存大小和访问权限；shmat()将共享内存映射到进程的地址空间，返回指向内存的指针；shmdt()用于解除映射；shmctl()则提供控制功能，如删除共享内存或获取状态信息，POSIX接口通过shm_open()、ftruncate()、mmap()等函数实现，操作方式更接近文件系统，便于跨平台使用。
共享内存的实例演示
以下是一个简单的System V共享内存实例，展示两个进程如何通过共享内存交换数据。
进程A：写入数据
#include <stdio.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>
int main() {
key_t key = ftok("/tmp", 'A'); // 生成唯一键值
int shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0666); // 创建共享内存
char *str = (char *)shmat(shmid, NULL, 0); // 映射内存
strcpy(str, "Hello Shared Memory!"); // 写入数据
printf("Data written: %s\n", str);
shmdt(str); // 解除映射
return 0;
}
进程B：读取数据
#include <stdio.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>
int main() {
key_t key = ftok("/tmp", 'A'); // 使用相同键值
int shmid = shmget(key, 1024, 0666); // 获取共享内存
char *str = (char *)shmat(shmid, NULL, 0); // 映射内存
printf("Data read: %s\n", str); // 读取数据
shmdt(str); // 解除映射
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL); // 删除共享内存
return 0;
}
运行进程A后，再运行进程B，即可看到数据从共享内存中成功读取。
共享内存的同步与清理
由于共享内存缺乏内置的同步机制，开发者需自行实现访问控制，在上述实例中，可使用信号量确保进程B在进程A写入完成后才读取数据，共享内存是持久性的，即使所有进程退出，内存仍会占用系统资源，因此必须通过shmctl()或ipcrm命令显式删除，避免内存泄漏。
共享内存的适用场景
共享内存适用于实时性要求高的场景，如数据库系统、多媒体处理和高性能计算，Web服务器与后端服务进程可通过共享内存共享请求队列，减少数据拷贝开销，但需注意，共享内存的容量受限于系统内存大小，且多进程并发访问时需谨慎处理同步逻辑，避免死锁或竞争条件。
Linux共享内存通过直接映射物理内存，为进程间通信提供了高效的数据交换方式，掌握其API接口、同步机制和清理方法，能够充分发挥其在性能敏感场景中的优势，在实际开发中，需根据具体需求选择System V或POSIX接口，并结合同步工具确保数据一致性，同时及时释放资源,以实现稳定高效的进程间通信。
