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共享内存技术详解与应用实践

1. 共享内存简介

共享内存是可用的最快的进程间通信（IPC）形式。当内存被映射到共享该内存区域的进程的地址空间后，在进程间传递数据时无需内核参与。不过，在向共享内存区域存储信息和从该区域获取信息的进程之间，通常需要某种形式的同步。此前讨论过的各种同步形式，如互斥锁、条件变量、读写锁、记录锁和信号量，都可用于此。

所谓“无需内核参与”，是指进程在传递数据时无需执行任何系统调用进入内核。当然，内核必须建立允许进程共享内存的内存映射，并在一段时间内管理该内存（处理页面故障等）。

以客户端 - 服务器文件复制程序为例，传统的消息传递方式（如管道、FIFO 或消息队列）通常需要将数据在进程和内核之间多次复制。具体步骤如下：
1. 服务器从输入文件读取数据，内核将文件数据读入其内存，再从内核复制到进程。
2. 服务器使用管道、FIFO 或消息队列将数据写入消息，通常需要将数据从进程复制到内核。
3. 客户端从 IPC 通道读取数据，通常需要将数据从内核复制到进程。
4. 最后，数据从客户端的缓冲区复制到输出文件。

这种方式通常需要进行四次数据复制，且这些复制操作在内核和进程之间进行，开销较大。而共享内存提供了一种绕过此问题的方法，它允许两个或多个进程共享一个内存区域。不过，进程之间必须协调或同步对共享内存的使用。

客户端 - 服务器使用共享内存进行文件复制的步骤如下：
1. 服务器使用信号量访问共享内存对象。
2. 服务器从输入文件读取数据到共享内存对象。
3. 读取完成后，服务器使用信号量通知客户端。
4. 客户端将共享内存对象中的数据写入输