Linux 开发：如何用共享内存 + 信号量实现高性能 IPC

共享内存配合信号量实现高效安全IPC：首先创建并映射共享内存区域，再通过命名信号量同步访问，确保生产者与消费者进程互斥操作，最后正确释放资源以避免泄漏。

在 Linux 系统中，进程间通信（IPC）的性能对高并发、低延迟的应用至关重要。共享内存配合信号量是一种经典且高效的 IPC 组合：共享内存提供最快的数据交换方式，而信号量确保多个进程对共享数据的访问是同步和安全的。

共享内存：实现零拷贝数据共享

共享内存允许两个或多个进程映射同一块物理内存区域，避免了传统 IPC 中的数据复制开销，是 Linux 下最快的 IPC 方式。

使用 POSIX 共享内存对象（shm_open + mmap）比 System V 更现代、更直观。

基本步骤：

• 创建或打开一个命名的共享内存对象：int shm_fd = shm_open("/my_shm", O_CREAT | O_RDWR, 0666);
• 设置共享内存大小：ftruncate(shm_fd, SIZE);
• 映射到进程地址空间：void *ptr = mmap(0, SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
• 之后所有对 ptr 的读写都直接操作共享区域

信号量：保护共享内存的并发访问

共享内存本身不提供同步机制。多个进程同时写入会导致数据损坏。POSIX 命名信号量（sem_open）可以跨进程协调访问。

常用模式是使用二值信号量（互斥锁）或计数信号量控制进入临界区的进程数量。

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典型用法：

• 创建一个命名信号量：sem_t *sem = sem_open("/my_sem", O_CREAT, 0666, 1);（初始值为 1，表示可用）
• 进入临界区前加锁：sem_wait(sem);
• 退出时解锁：sem_post(sem);
• 确保任意时刻只有一个进程修改共享数据

完整协作流程示例

假设一个生产者-消费者模型：

• 生产者进程调用 sem_wait 获取信号量，将数据写入共享内存，完成后调用 sem_post 释放
• 消费者同样先 sem_wait，读取数据后再 sem_post
• 若消费者先运行，sem_wait 会阻塞直到生产者释放信号量
• 可通过共享内存中的状态字段（如“数据就绪”标志）配合信号量实现更复杂的同步逻辑

注意：程序退出后应调用 munmap、close、shm_unlink 和 sem_close/sem_unlink 清理资源，避免内存和文件描述符泄漏。

基本上就这些。共享内存负责高效传数据，信号量负责管顺序，两者结合简单又可靠。

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