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linux fork 共享内存

Linux Fork 共享内存基础概念

在Linux操作系统中,fork() 是一个系统调用,用于创建一个新的进程。新进程(子进程)几乎是父进程的一个完整副本,包括代码、数据、堆栈等。然而,在某些情况下,父进程和子进程可能需要共享某些资源,特别是内存资源。这就是所谓的“共享内存”。

共享内存的优势

  1. 高效性:共享内存允许进程之间直接访问同一块物理内存,避免了数据复制,从而提高了效率。
  2. 实时性:由于数据不需要通过操作系统内核进行复制,因此响应时间非常快。

共享内存的类型

  1. 匿名共享内存:不与任何文件系统对象关联的内存区域。
  2. 基于文件的共享内存:与文件系统中的某个文件相关联,通常用于持久化存储。

应用场景

  • 多进程通信:当多个进程需要高效地交换大量数据时。
  • 高性能计算:在科学计算和数据分析中,多个进程可能需要同时访问和处理相同的数据集。
  • 实时系统:需要快速响应和低延迟的场景。

遇到的问题及原因

问题:进程间数据不一致。 原因:多个进程同时读写同一块内存区域,可能导致竞态条件(Race Condition)。

问题:内存泄漏。 原因:进程忘记释放共享内存,导致资源耗尽。

解决方法

使用信号量进行同步

代码语言:txt
复制
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
#include <stdio.h>

union semun {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
};

int main() {
    key_t key = ftok("/tmp", 'R');
    int shmid = shmget(key, 1024, 0644 | IPC_CREAT);
    char *str = (char*) shmat(shmid, (void*)0, 0);

    int semid = semget(key, 1, 0644 | IPC_CREAT);
    union semun arg;
    arg.val = 1;
    semctl(semid, 0, SETVAL, arg);

    struct sembuf sb = {0, -1, SEM_UNDO};
    semop(semid, &sb, 1); // 获取信号量

    strcpy(str, "Hello, World!");
    printf("Data written in memory: %s\n", str);

    sb.sem_op = 1;
    semop(semid, &sb, 1); // 释放信号量

    shmdt(str);
    return 0;
}

使用文件锁

代码语言:txt
复制
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    key_t key = ftok("/tmp", 'R');
    int shmid = shmget(key, 1024, 0644 | IPC_CREAT);
    char *str = (char*) shmat(shmid, (void*)0, 0);

    int fd = open("/tmp/shared_memory.lock", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
    flock(fd, LOCK_EX); // 获取文件锁

    strcpy(str, "Hello, World!");
    printf("Data written in memory: %s\n", str);

    flock(fd, LOCK_UN); // 释放文件锁
    close(fd);

    shmdt(str);
    return 0;
}

总结

通过合理使用信号量或文件锁,可以有效避免共享内存中的竞态条件和内存泄漏问题。在实际应用中,应根据具体需求选择合适的同步机制。

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