共享内存技术疑问：shm_open与open选型及msync使用时机

当前我的应用有一个通过malloc分配的全局数组，几乎所有函数都会对其进行更新。应用还设有信号处理函数，收到信号时会将该数组内容写入磁盘文件。

示例代码 #

app.c #

static int *list;

void function_1() {
    list[0]++;
}
void function_2() {
    list[1]++;
}
void function_3() {
    list[2]++;
}

int main () {
    get_storage (&list, 4);
    signal(SIGINT, handle_sigint);
    
    list[3]++;

    function_1();
    function_2();
    function_3();
}

void handle_sigint (int sig) 
{ 
    // Write the array List to file 
} 

storage.c #

void get_storage (int **list, int len) {
   
   int total_size = (len + 1) * sizeof(int);

   int *arr =  (int *) malloc (total_size);
   memset (addr, 0, total_size);

   arr[0] = len;
   *list = (arr + 1);

}

我计划移除信号处理函数，改用共享内存/mmap分配数组（由文件作为后端存储），确保应用运行时文件始终保存数组的最新内容。

示例代码 #

app.c #

static int *list;

void function_1() {
    list[0]++;
}
void function_2() {
    list[1]++;
}
void function_3() {
    list[2]++;
}

int main () {
    get_storage (&list, 4);
    list[3]++;

    function_1();
    function_2();
    function_3();
}

storage.c #

void get_storage (int **list, int len) {

   char shm_name [255] = {0};
   snprintf (shm_name, 255, "list_%d_file.dat", (int)getpid());
   int total_size = (len + 1) * sizeof(int);

   int shm_fd = shm_open (shm_name, O_CREAT | O_RDWR, 0666);
   ftruncate(shm_fd, total_size);
   void *addr = mmap(0, total_size, PROT_WRITE|PROT_READ, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
   memset (addr, 0, total_size);

   int *arr =  (int *)addr;
   arr[0] = len;
   *list = (arr + 1);

}

1. 推荐使用shm_open（在/dev/shm创建文件）还是open（可在任意目录创建文件）？/dev/shm空间有限且系统重启后数据不保留，两种方式的开销差异是什么？
2. 何时应使用msync？是否需要在每次数组更新后调用？若需如此，那么malloc加信号处理器的方案似乎更优。我在实验中发现不调用msync数据也能实时更新，在Linux系统下不使用msync有什么影响？

关于shm_open和open的选择与开销 #

• 选择依据：
  • 如果数据不需要跨系统重启保留，且优先追求性能，选shm_open更合适——/dev/shm是基于内存的tmpfs文件系统，所有读写操作都在内存中完成，只是套了文件系统的接口；
  • 如果需要数据持久化（系统重启后仍能保留），必须用open在普通磁盘目录创建文件，因为/dev/shm的内容会随系统重启完全清空。
• 开销差异：
  • shm_open创建的文件完全驻留内存，读写没有磁盘IO开销，性能和匿名共享内存几乎无差别；
  • open操作普通磁盘文件时，即便用了mmap，内核仍会异步将脏页刷到磁盘，虽然不会阻塞你的写操作，但后台存在磁盘IO开销，极端场景下可能影响整体性能。另外，磁盘文件的存储空间受磁盘容量限制，而/dev/shm的大小通常为系统内存的一半左右。

关于msync的使用场景与不调用的影响 #

• 何时使用msync：
  不需要每次更新都调用。msync的核心作用是强制将mmap区域的脏页刷入磁盘，确保数据持久化。一般在这些场景下调用：程序即将退出、完成一个关键操作阶段，或者需要让其他进程立刻看到磁盘上的最新数据时。
• 不调用msync的影响：
  Linux内核会自动异步刷脏页到磁盘（默认周期约30秒，可通过/proc/sys/vm/dirty_expire_centisecs等参数调整），你实验中看到数据实时更新，可能是刚好内核触发了自动刷页，或者写完后立刻读取磁盘文件时，内核为保证一致性主动完成了刷页。但不调用msync会存在以下风险：
  1. 若程序意外崩溃，崩溃前未被内核刷盘的脏页数据会丢失；
  2. 其他进程直接读取磁盘文件时，可能看不到最新修改，需等到内核完成异步刷页；
  3. 如果用shm_open对应tmpfs的文件，因为本身就在内存中，msync几乎没有作用，也无需调用——tmpfs的“刷盘”只是内存内的操作，不会写入物理磁盘。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者MSK