参考文章：

Linux——详解共享内存shared memory_就要 宅在家的博客-CSDN博客

什么是共享内存？在内存中的具体位置？共享内存相关API，mmap 的具体使用原理、以及C++应用案例？_共享内存在内存哪个区_JMW1407的博客-CSDN博客

1.1 定义

1.2 共享内存是在用户空间还是内核空间？——用户空间。

1.3 生命周期特

1.4 优点和缺点

二、映射方式：mmap机制

2.1原理（见上）

2.2 调用过程（三个阶段）：

（一）进程启动映射过程，并在虚拟地址空间中为映射创建虚拟映射区域

（二）调用内核空间的系统调用函数mmap()（不同于库函数mmap()），实现文件物理地址和进程虚拟地址的一一映射关系

（三）真正数据写入发生在如果要读写阶段：进程发起对这片映射空间的访问，引发缺页异常，实现文件内容到物理内存（主存）的拷贝

3.1.2、优点总结

三、映射方式：shmget（待补充）

1.1 定义

共享内存是一种进程间通信的机制，即不同进程的虚拟内存空间（虚拟内存地址不需要相同）， 映射到相同的物理内存中 。如果某个进程向共享内存写入数据，所做的改动将 【 立即影响到】【可以同时访问】 （加了锁的就不算“同时可以访问"）同一段共享内存的任何其他进程。

在Linux中，每个进程都有属于自己的进程控制块（PCB）和地址空间（Addr Space），并且都有一个与之对应的页表，负责将进程的虚拟地址与物理地址进行映射，通过内存管理单元（MMU）进行管理。两个不同的虚拟地址通过页表映射到物理空间的同一区域，它们所指向的这块区域即共享内存。

1.2 共享内存是在用户空间还是内核空间？——用户空间。

回顾：我们知道，在使用消息队列或管道通信时，消息队列和管道都在内核空间中。所以客户端或服务器端在调用read/write时，会发生：

• 调用read():OS把数据从用户态空间拷贝到内核空间。
• 调用write(): OS把数据从内核空间拷贝到用户态空间。

即数据拷贝、用户态和内核态的转换。有开销。

与之相对，共享内存机制则是通过一个 映射函数 （如Linux提供了内存映射函数mmap） 把要共享的文件内容映射到进程的 虚拟内存 上， 通过对这段内存的读取和修改实现对文件的读取和修改。 共享内存分配在用户空间中。 所以进程可以 以访问内存的方式 对文件进行访问 ， 不需要其他系统调用(read,write)去操作。

由上图可以看出，进程的虚拟地址空间，由多个虚拟内存区域构成。上图中所示的text数据段（代码段）、初始数据段、BSS数据段、堆、栈和内存映射，都是一个独立的虚拟内存区域。而为内存映射服务的地址空间处在 堆栈之间的空余部分（共享区） 。

好了，知道了内存分区，那么OS怎么管理这些 存分区呢？

linux内核使用 vm_area_struct结构 来表示一个独立的虚拟内存区域，由于每个不同质的虚拟内存区域功能和内部机制都不同，因此 一个进程使用多个vm_area_struct结构来分别表示不同类型的虚拟内存区域。 各个vm_area_struct结构使用链表或者树形结构链接，方便进程快速访问。

分配一个新的共享内存，即通过mmap函数 创建一个新的vm_area_struct结构，并将其与文件的物理磁盘地址相连。 这也是mmap函数的作用。

1.3 生命周期特

1.4 优点和缺点

1. 不需要数据拷贝带来的开销。
2. 大大提高了通信速度。

1. 多个进程竞争共同的资源（如同时读且删除、同时写）会造成数据的错乱。改进：用信号量互斥访问，保护共享资源。确保任意时刻只能有一个进程访问共享资源。
2. 用于进程间通信时，共享内存本身不支持阻塞等待操作。这是因为当读端读取数据后，数据并不会在内存中清空。因此读端和写端可以同时访问内存空间，即全双工。因为共享内存本质是进程直接访问内存，无法主动停止读取，如果读端不加以限制，那么将持续读取数据。同理，写端也会持续写入数据。换句话说，共享内存本身没有访问控制。
   

二、映射方式：mmap机制

2.1原理（见上）

2.2 调用过程（三个阶段）：

mmap内存映射的实现过程，总的来说可以分为三个阶段：

（一）进程启动映射过程，并在虚拟地址空间中为映射创建虚拟映射区域

1. 进程在 用户空间 调用 库函数mmap()

   原型：void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);