共享内存 | Mikez Namespace

共享内存是多个进程间的一种通信机制，允许它们通过共享同一块物理内存区域来实现数据的共享和交换。每个进程都有自己的虚拟地址空间，但通过共享内存，不同进程可以在各自的地址空间内映射到相同的物理内存区域。这种方式使得多个进程可以快速地访问和修改共享数据，而无需使用管道、消息队列或其他较慢的进程间通信机制。

共享内存的实现原理

创建共享内存： 一个进程可以通过系统调用（如 POSIX 中的shmget或shm_open，System V 中的shmat）创建一个共享内存段。这个共享内存段会分配在物理内存中。
映射共享内存： 其他进程可以通过映射（mmap）或附加（shmat）的方式，将这个共享内存段映射到它们的虚拟地址空间。尽管每个进程使用的虚拟地址不同，但它们都指向同一个物理内存区域。
访问共享内存： 映射后，各进程就可以像访问自己的内存一样访问共享内存中的数据。因为这些虚拟地址映射到相同的物理内存区域，所以对数据的修改是即时可见的。

虚拟地址空间中的映射位置

在现代操作系统中，进程的虚拟地址空间通常划分为几个部分，包括用户空间、堆区、栈区、共享库区域、内核空间等。共享内存映射到的虚拟地址位置通常在以下区域中：

用户空间的高地址部分： 在多数操作系统中，映射的共享内存区域往往位于用户空间的高地址部分。这一区域一般用于动态库加载和共享内存映射。具体的映射地址由操作系统决定，可以通过mmap等系统调用来指定或让操作系统自动选择。
内存映射区（Memory Mapped Region）： 在典型的虚拟地址空间布局中，内存映射区是专门用来映射文件和共享内存的。这一块区域通常位于堆区上方、栈区下方的高地址部分。
具体地址： 操作系统会为映射的共享内存选择一个适当的虚拟地址，通常会避免和进程的其他内存区域（如堆、栈、共享库等）发生冲突。对于程序员而言，这个地址通常是透明的，不需要关心具体地址的数值，但可以通过一些调试工具或内存管理系统调用来查看。

共享内存的典型使用场景

共享内存因其高效性和低延迟的特性，常用于需要高性能的场景，如：

进程间通信（IPC）： 多个进程之间共享数据，避免频繁的上下文切换和系统调用开销。
生产者-消费者模型： 例如，一个进程生成数据并写入共享内存，另一个进程从共享内存中读取数据进行处理。
快速数据交换： 在同一台机器上的不同进程间交换大量数据时，使用共享内存可以显著提高速度。

总结来说，共享内存是进程间通信的一种高效方式，允许多个进程共享一块物理内存，尽管它们各自的虚拟地址空间不同。映射到实际物理内存的虚拟地址通常位于进程地址空间的高地址部分，具体位置由操作系统管理和分配。