共享内存是 Linux 进程间通信（IPC）中效率最高的方式，核心是让多个进程直接访问同一块物理内存区域，无需内核中转数据拷贝。本手册涵盖核心概念、关键函数、使用流程、实战示例和注意事项，适合零基础到进阶学习。
一、核心概念理解
1. 共享内存的本质
- 定义 ：内核管理的一块物理内存区域，通过
mmap映射到多个进程的虚拟地址空间，进程读写该虚拟地址即操作同一块物理内存。 - 核心优势：无数据拷贝（管道 / 消息队列需 2 次拷贝，共享内存仅 0 次），是最快的 IPC 方式。
- 核心缺陷：无内置同步 / 互斥机制，多进程读写需配合信号量、互斥锁等保证数据安全。
2. 共享内存文件的特殊性
shm_open创建的共享内存是/dev/shm目录下的内存文件（tmpfs 文件系统），非磁盘文件；- 可通过
ls /dev/shm查看、cat /dev/shm/xxx读取内容，系统重启后自动消失； - 权限体系复用文件权限（如 0666），支持用户 / 组级别的访问控制。
二、核心函数详细解析
POSIX 共享内存依赖以下核心函数（需包含头文件 #include <sys/mman.h>，编译时链接 rt 库：-lrt）。
1. shm_open ()：创建 / 打开共享内存对象
函数原型
int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);参数说明
| 参数 | 作用 |
|---|---|
name |
共享内存名称，必须以 / 开头 （如 /my_shared_memory），全局唯一；仅允许一个 /，不能嵌套（如 /my/shm 非法） |
oflag |
打开标志：- O_CREAT：不存在则创建；- O_RDWR：读写权限；- O_EXCL：与 O_CREAT 配合，名称已存在则报错 |
mode |
权限位（如 0666），仅 O_CREAT 时有效；遵循 Linux 文件权限规则（r=4, w=2, x=1） |
返回值
- 成功：返回文件描述符（fd）（整型，用于后续操作）；
- 失败：返回 -1，设置
errno（如EEXIST：名称已存在，EINVAL：名称格式非法）。
核心作用
创建 / 打开内核中的共享内存对象，在 /dev/shm 生成对应的内存文件（但此时大小为 0，需 ftruncate 分配物理内存）。
2. ftruncate ()：设置共享内存大小
函数原型
int ftruncate(int fd, off_t length);参数说明
| 参数 | 作用 |
|---|---|
fd |
shm_open 返回的文件描述符 |
length |
共享内存大小（字节），建议按内存页大小（4KB）对齐（如 4096、8192） |
返回值
- 成功：0；失败：-1（如
EBADF：fd 无效，EINVAL：长度非法）。
核心作用
- 内核根据
length为共享内存对象分配物理内存页； /dev/shm下的内存文件大小会更新为length，是mmap映射的前提（无此步骤映射会失败）。
3. mmap ()：映射共享内存到进程虚拟地址空间
函数原型
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);参数说明
| 参数 | 作用 | |
|---|---|---|
addr |
指定映射的虚拟地址，通常传 NULL（让系统自动分配） |
|
length |
映射大小（需与 ftruncate 设置的大小一致） |
|
prot |
内存保护标志：- PROT_READ：可读；- PROT_WRITE：可写；- `PROT_READ |
PROT_WRITE`：读写 |
flags |
映射类型（核心！）：- MAP_SHARED：修改同步到物理内存（所有进程可见）；- MAP_PRIVATE：修改仅当前进程可见（私有拷贝，无共享意义） |
|
fd |
shm_open 返回的文件描述符 |
|
offset |
映射偏移量，通常为 0（从开头映射） |
返回值
- 成功：返回映射后的虚拟地址指针；
- 失败：返回
MAP_FAILED（需判断，而非 NULL），设置errno。
核心作用
建立进程虚拟地址 ↔ 共享物理内存的映射关系，进程可通过该虚拟地址直接读写物理内存。
4. munmap ()：解除映射关系
函数原型
int munmap(void *addr, size_t length);参数说明
| 参数 | 作用 |
|---|---|
addr |
mmap 返回的虚拟地址指针 |
length |
映射大小（需与 mmap 一致） |
返回值
- 成功：0；失败：-1（如
EINVAL：地址 / 长度非法）。
核心作用
- 断开当前进程虚拟地址与物理内存的映射，进程再读写该地址会触发段错误（SIGSEGV）；
- 释放进程虚拟地址空间的页表项，但物理内存需等所有进程解除映射后才释放。
5. close ()：关闭共享内存文件描述符
函数原型
int close(int fd);参数说明
| 参数 | 作用 |
|---|---|
fd |
shm_open 返回的文件描述符 |
返回值
- 成功：0；失败：-1（如
EBADF：fd 已关闭）。
核心作用
- 释放当前进程持有的共享内存「操作句柄」，内核减少该对象的引用计数；
- 仅关闭 fd，不删除共享内存对象，也不释放物理内存。
6. shm_unlink ()：删除共享内存对象
函数原型
int shm_unlink(const char *name);参数说明
| 参数 | 作用 |
|---|---|
name |
共享内存名称（与 shm_open 一致，如 /my_shared_memory） |
返回值
- 成功：0；失败：-1（如
ENOENT：名称不存在，EACCES：权限不足）。
核心作用
- 立即删除
/dev/shm下的内存文件，后续进程无法通过shm_open打开该对象； - 标记对象为「待销毁」，当所有进程执行
munmap + close后，内核释放物理内存； - 与
rm /dev/shm/xxx效果完全等价（编程用shm_unlink，手动清理用rm）。
三、关键注意事项
1. 核心顺序（不可颠倒）
创建/打开 → 设置大小 → 映射 → 读写 → 解除映射 → 关闭fd → 删除对象- 先
munmap再close：避免 fd 关闭后仍访问映射地址； - 先
close再shm_unlink：遵循文件操作的「先关后删」原则； - 多进程场景：子进程仅执行「解除映射 + 关闭 fd」，父进程最后执行「删除对象」。
2. 同步问题
- 共享内存无内置同步，多进程同时读写会导致「脏数据」；
- 解决方案：配合 POSIX 信号量（
sem_open/sem_wait/sem_post）或互斥锁。
3. 资源清理
- 进程异常退出时，需确保执行
shm_unlink（可通过atexit注册清理函数）； - 残留的共享内存可手动删除：
rm /dev/shm/xxx。
4. 常见错误排查
| 错误现象 | 原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
shm_open 失败 |
名称格式非法（无 / 开头） | 名称必须以 / 开头（如 /my_shm） |
mmap 返回失败 |
未执行 ftruncate 设置大小 |
先调用 ftruncate 再映射 |
| 段错误（SIGSEGV） | 读写超出共享内存大小 / 已解除映射 | 检查大小、确保映射未解除 |
shm_unlink 失败 |
传文件描述符而非名称字符串 | 传 shm_open 用的名称字符串 |
四、总结
个人理解：
首先通过 shm_open() 函数创建/打开一个共享内存对象（该对象是真实存在于 /dev/shm 目录的内存文件）；
然后通过 ftruncate() 函数设置该共享内存的大小（内核据此分配物理内存）；
再通过 mmap() 将该共享内存映射为进程可操作的虚拟地址；
通过在进程里面对该虚拟地址进行读写操作，实现多进程间的数据共享；
读写操作完成后，先通过 munmap() 函数断开该虚拟地址与共享物理内存的映射关系；
然后调用 close() 函数关闭 shm_open() 返回的文件描述符；
最后使用 shm_unlink() 函数删除 /dev/shm 下的共享内存文件，当所有进程都完成映射解除和文件描述符关闭后，内核释放共享内存占用的物理内存。
核心知识点
- 共享内存是「物理内存 + 内核抽象对象 + 进程虚拟地址映射」的组合体；
shm_open创「名」，ftruncate分「实」，mmap建「映射」；munmap断「进程与内存的通路」，shm_unlink删「共享内存的名字」；- 核心优势是无数据拷贝，核心缺陷是需手动实现同步。
适用场景
- 高频、大数据量的进程间通信（如视频流、实时数据传输）；
- 需低延迟的场景（如工业控制、金融交易系统）。