IPC共享内存和线程内存之间的性能差异

Question

我经常听到与访问线程之间的进程内存相比，访问进程之间的共享内存段不会降低性能。换句话说，多线程应用程序不会比使用共享内存的一组进程更快（不包括锁定或其他同步问题）。

但我有疑问：

1）shmat（）将本地进程虚拟内存映射到共享段。必须为每个共享内存地址执行此转换，并且转换可能会花费大量成本。在多线程应用程序中，不需要额外的转换：所有VM地址都转换为物理地址，就像在不访问共享内存的常规过程中一样。

2）共享内存段必须由内核 以某种方式
维护。例如，关闭与shm关联的所有进程时，shm段仍处于启动状态，并且最终可以由新启动的进程重新访问。在shm段上可能有一些与内核操作有关的开销。

多进程共享内存系统是否与多线程应用程序一样快？

Answer 1

1）shmat（）将本地进程虚拟内存映射到共享段。必须对每个共享内存地址执行此转换，并且相对于shm访问的数量而言，这种转换可能会花费大量成本。在多线程应用程序中，不需要额外的转换：所有VM地址都转换为物理地址，就像不访问共享内存的常规过程一样。

除了建立共享页的初始成本外，与常规内存访问相比，没有任何开销shmat()-在调用过程中填充页表-
在大多数类型的Linux中，每4KB共享内存为1页（4或8字节） 。

无论是共享页面分配还是在同一流程中分配，（所有相关比较）成本都相同。

2）共享内存段必须由内核以某种方式维护。我不知道“某种程度上”在性能方面意味着什么，但是例如，当拆除了与shm相连的所有进程时，shm段仍处于启动状态，并且最终可以由新启动的进程重新访问。在shm段的生存期内，内核必须至少检查某种程度的开销。

无论是否共享，内存的每个页面都具有一个“结构页面”，并带有有关该页面的一些数据。其中一项是参考计数。当将页面分配给进程时（无论是通过“
shmat”还是其他机制），引用计数都会增加。通过某种方式释放它时，引用计数将减少。如果减少的计数为零，则实际上释放了页面-否则“此后再也没有发生”。

与分配的任何其他内存相比，开销基本上为零。无论如何，相同的机制也用于页面的其他目的-例如，您有一个页面也被内核使用-
并且您的进程终止了，内核需要知道在释放该页面之前，不释放该页面，因为以及用户流程。

创建“叉子”时会发生同样的事情。派生一个进程时，父进程的整个页表实际上都将复制到子进程中，并且所有页都变为只读状态。每当发生写操作时，内核都会发生错误，从而导致该页面被复制-
因此该页面现在有两个副本，执行写操作的进程可以修改该页面，而不会影响其他进程。一旦子进程（或父进程）死亡，则当然这两个进程仍然拥有所有页面（例如，从未写入的代码空间，以及可能从未接触过的一堆公共数据，等等）显然无法释放，直到两个进程都“死”为止。同样，引用计数的页面在这里很有用，因为我们只对每个页面上的引用计数进行计数，

共享库确实发生了同样的事情。如果一个进程使用共享库，则该进程结束时将释放它。但是，如果两个，三个或100个进程使用同一个共享库，则代码显然必须保留在内存中，直到不再需要该页面为止。

因此，基本上，整个内核中的所有页面都已被引用计数。开销很少。