在共享内存结果零拷贝的进程之间进行通信？答案

【问题标题】：communicating between processes with shared-memory results zero-copy?在共享内存结果零拷贝的进程之间进行通信？
【发布时间】：2023-05-03 23:48:02
【问题描述】：

我正在用内核 2.6 在 Linux 上编写一个网络守护程序，它有 一个生产者进程和N个消费者进程，不会对数据进行任何更改，也不会对生产者产生任何响应。

每当生产者进程产生一个数据对象，其长度从几个 10 字节到几个 10 K 字节不等，它必须将数据对象传递给一个可用的消费者进程。

第一次，我考虑使用命名/未命名的 PIPE。然而，它们将是内存复制开销。

生产者的用户空间缓冲区 --copy--> 内核空间 PIPE 缓冲区
内核空间 PIPE 缓冲区 --copy--> 消费者的用户空间缓冲区

由于该程序可能会以低延迟与大量对等点一起工作，复制开销可能是有害的。因此，我决定将 POSIX 共享内存与 mmap() 一起使用。

我只是想知道，与 PIPE 不同，使用 POSIX 共享内存和 mmap() 在进程之间共享数据是否不会导致任何内存复制。

另外，有没有其他方法可以在进程之间共享数据，但结果是零拷贝？该程序将在具有最新版本内核的 Linux 上运行并且可能不必具备跨平台能力。

我决定不为每个消费者/生产者生成/运行一个线程，而是一个进程由于设计问题。

感谢回复。

【问题讨论】：

标签： linux ipc shared-memory mmap zero-copy

【解决方案1】：

共享内存不应引入任何副本（缓存一致性除外），您可以直接访问内存，这样您就可以避免代码中的副本。

【讨论】：

【解决方案2】：

共享内存通常专门设计为不会导致复制开销（来源：http://www.boost.org/doc/libs/1_46_0/doc/html/interprocess/sharedmemorybetweenprocesses.html#interprocess.sharedmemorybetweenprocesses.sharedmemory.shared_memory_what_is）。

如果您使用 C++，Boost::Interprocess 是一个很棒的库，可以跨平台实现您所描述的内容——您可以使用它们的共享内存类和 named_upgradable_mutex。 named_upgradable_mutex 类支持在资源上提供独占和可共享锁，因此您可以使用它轻松实现您的消费者-生产者模型。（来源：http://www.boost.org/doc/libs/1_37_0/doc/html/boost/interprocess/named_upgradable_mutex.html#id2913393-bb）

【讨论】：

【解决方案3】：

是的，它应该是零拷贝。

但是，这也是一种（可能为时过早的）优化，您需要格外小心，以确保您的进程与共享内存的分配/解除分配/修改正确配合。您当然需要某种互斥锁来避免并发访问问题。

我个人会使用管道，直到性能成为一个适当的问题。如果确实如此，那么使用 Boost::Interprocess 或类似库的建议是合理的。

【讨论】：

决定在进程之间移动多少数据不是“过早的优化”，而是“必要的架构”。并非所有优化（或设计或架构）都“为时过早”。