共享内存让多个进程把同一个后备对象映射到各自虚拟地址空间。映射建立后，进程可以直接读写同一组物理页，适合传递图像、传感器帧或大块环形缓冲区。但它只解决“数据放在哪里”，不解决谁能写、什么时候可读、进程崩溃后怎样恢复。

建立映射的四个步骤

POSIX 共享内存通常由生产者 shm_open() 创建，通过 ftruncate() 设定大小，再以 MAP_SHARED 调用 mmap()。消费者用约定名称打开同一对象并映射。shm_unlink() 删除名称，但和普通文件一样，已有描述符与映射可以继续存活到最后一个引用释放。

创建共享对象→两个进程分别 mmap→页表指向相同物理页→同步发布数据→对端直接读取
后备对象shm_open、memfd 或普通文件各自虚拟地址地址可以不同，不能传递裸指针共享物理页避免在进程间复制整个负载控制区版本、长度、读写索引和状态同步原语互斥锁、信号量、futex 或原子变量恢复协议处理超时、崩溃与陈旧对象

“零拷贝”省掉了什么

相较于管道或 socket 中转大块负载，共享内存可以省去生产者缓冲区到内核缓冲区、再到消费者缓冲区的复制。但首次访问仍可能缺页，多个 CPU 之间仍要维护缓存一致性；同步变量还可能产生 cache line 抖动。若设备 DMA 参与链路，还要另外满足设备映射和缓存一致性要求，不能仅凭共享内存就宣称端到端零拷贝。

协议比映射更重要

共享区应使用固定宽度整数和相对偏移量，明确版本、总长度、槽大小以及字节序。生产者先写负载，再以 release 语义发布可见的写索引；消费者以 acquire 语义读取索引后才访问对应槽。若需要进程共享的 pthread mutex/condition variable，必须设置 PTHREAD_PROCESS_SHARED，并考虑持锁进程异常退出时的 robust mutex 策略。

1
2
3
4
5
6
7
struct shared_header {
    uint32_t magic;
    uint16_t version;
    uint16_t slot_count;
    _Atomic uint32_t write_seq;
    _Atomic uint32_t read_seq;
};

头部还应与高频数据分离并按缓存行对齐，避免生产者和消费者反复写同一缓存行。裸指针不能跨进程保存，因为两个进程的映射基址可能不同；使用相对共享区起点的偏移更稳妥。

在 Linux 上检查

1
2
3
4
ls -lh /dev/shm
findmnt /dev/shm
ls -l /proc/$PID/fd | grep '/dev/shm\|memfd'
grep -E '/dev/shm|memfd' /proc/$PID/maps

容量规划要同时考虑 tmpfs 限制、容器 /dev/shm 大小、进程地址空间和锁定内存限制。对象名称存在不代表进程仍健康，启动时需要校验 magic、版本和 owner/epoch，而不是盲目复用旧数据。

证据边界

本文说明 CPU 进程间共享内存，不覆盖具体 GPU、RDMA 或 DMA-BUF 的同步语义。是否更快必须在相同负载大小、同步策略、NUMA 放置和异常恢复要求下，与 pipe/socket 等方案实测比较。

参考：shm_overview(7) · mmap(2) · memfd_create(2) · 拆解 Linux 共享内存原理：“零拷贝”通信的核心机制