把STL容器放入共享内存，重用STL allocator，传入模板参数Allocator，可以实现

问题

Q: 如何用共享内存来存放C++ STL中中的容器？
A: 传入自定义的申请共享内存上空间的allocator，见模板参数Allocator

参考

https://www.zhihu.com/question/319108981/answer/649050789
https://en.cppreference.com/w/cpp/container/vector
http://www.cppblog.com/doing5552/archive/2010/07/24/121197.html

文章目录

问题
参考
分析内容
- 调用POSIX 函数申请共享内存示例
- V系统调用的方式申请共享内存
- 存放在共享内存中的数据结构应该简单
- 共享内存中的STL容器，有困难
- 重用STL allocator，传入模板参数Allocator，可以实现
结论：只要提供一个用户自定义的allocator，任何STL容器都可以安全的放置到共享内存上。
正式干活
- 1、设计一个 allocator
- 2、容器在共享内存中的确定地址
- - 2.1、方式1
  - 2.2、方式2
  - 3 代码资源

分析内容

共享内存(shm)允许多个进程把同一块物理内存段(segment)映射(map)到它们的地址空间中去。顾名思义，共享内存就是进程之间共享的一组内存段。当一个进程附着到一块共享内存上后，它得到一个指向这块共享内存的指针；该进程可以像使用其他内存一样使用这块共享内存。当然，由于这块内存同样会被其他进程访问或写入，所以必须要注意进程同步问题。

参考如下代码，这是UNIX系统上使用共享内存的一般方法（注：本文调用的是POSIX函数）：

调用POSIX 函数申请共享内存示例

可以看在上一篇博客多线程之间、使用共享内存、实现图片的数据通信：包括POSIX共享内存（shm_open 和 mmap虚拟内存）、系统调用（shmat物理存储器）、内存映射文件等方法中说了，处理POSIX以外，还可以使用系统调用。

V系统调用的方式申请共享内存

//Get shared memory id
//shared memory key
const key_t ipckey = 24568;
//shared memory permission; can be
//read and written by anybody
const int perm = 0666;
//shared memory segment size
size_t shmSize = 4096;
//Create shared memory if not
//already created with specified
//permission
int shmId = shmget(ipckey,shmSize,IPC_CREAT|perm);
if (shmId ==-1)
{//Error
}//Attach the shared memory segmentvoid* shmPtr = shmat(shmId,NULL,0);struct commonData* dp =  (struct commonData*)shmPtr;//detach shared memory
shmdt(shmPtr);

存放在共享内存中的数据结构应该简单

按照博客的说法,结构 commonData 的成员 name 和指向下一个结构的 next 所指向的内存分别从进程A的地址空间中的堆上分配，这种方式无法在另外一个进程使用，当进程B访问 dp->name 或者 dp->next 时候，由于它在访问自己地址空间以外的内存空间，所以这将是非法操作(memory violation)，它无法正确得到 name和 next 所指向的内存。

如下结构：

struct commonData
{int sharedInt;float  sharedFloat;char* name;Struct CommonData* next;
};

进程A把数据写入共享内存：

//Attach shared memory
struct commonData* dp =  (struct commonData*)shmat(shmId,NULL,0);dp->sharedInt = 5;
.
.
dp->name = new char [20];
strcpy(dp->name,"My Name");dp->next = new struct commonData();

稍后，进程B把数据读出：

struct commonData* dp =  (struct commonData*)shmat(shmId,NULL,0);//count = 5;
int count = dp->sharedInt;
//problem
printf("name = [%s]\n",dp->name);
dp = dp->next;  //problem

结论：放入共享内存中的结构应该简单。（注：我觉得最好避免使用指针）

共享内存中的STL容器，有困难

如果把STL容器，例如map, vector, list放入共享内存中，就没必要再为共享内存设计其他额外的数据结构。STL容器被良好的封装，默认情况下有它们自己的内存管理方案。当一个元素被插入到一个STL列表(list)中时，列表容器自动为其分配内存，保存数据。考虑到要将STL容器放到共享内存中，而容器却自己在堆上分配内存，下面的实验证明了直接在共享内存放容器搞不来，会报错：

//Attach to shared memory
void* rp = (void*)shmat(shmId,NULL,0);
//Construct the vector in shared memory using placement new
vector<int>* vpInA = new(rp) vector<int>*;
//The vector is allocating internal data
//from the heap in process A's address
//space to hold the integer value
(*vpInA)[0] = 22;

然后进程B希望从共享内存中取出数据：

vector<int>* vpInB =  (vector<int>*) shmat(shmId,NULL,0);//problem - the vector contains internal
//pointers allocated in process A's address
//space and are invalid here
int i = *(vpInB)[0];

矢量包含在进程A的地址空间中分配的内部指针，在此处无效。

重用STL allocator，传入模板参数Allocator，可以实现

传入自定义的申请共享内存上空间的allocator，见模板参数Allocator

进一步考察STL容器，我们发现它的模板定义中有第二个默认参数，也就是allocator 类，该类实际是一个内存分配模型。默认的allocator是从堆上分配内存（注：这就是STL容器的默认表现，我们甚至可以改造它从一个网络数据库中分配空间，保存数据）。下边是 vector 类的一部分定义：

template<class T, class A = allocator<T> >
class vector
{//other stuff
};

考虑如下声明：

//User supplied allocator myAlloc
vector<int,myAlloc<int> > alocV;

假设 myAlloc 从共享内存上分配内存，则 alocV 将完全在共享内存上被构造，所以进程A可以如下：

//Attach to shared memory
void* rp = (void*)shmat(shmId,NULL,0);
//Construct the vector in shared memory
//using placement new
vector<int>* vpInA =new(rp) vector<int,myAlloc<int> >*;
//The vector uses myAlloc<int> to allocate
//memory for its internal data structure
//from shared memory
(*v)[0] = 22;

进程B可以如下读出数据：

vector<int>* vpInB = (vector<int,myAlloc<int> >*) shmat(shmId,NULL,0);//Okay since all of the vector is
//in shared memory
int i = *(vpInB)[0];

所有附着在共享内存上的进程都可以安全的使用该vector。在这个例子中，该类的所有内存都在共享内存上分配，同时可以被其他的进程访问。只要提供一个用户自定义的allocator，任何STL容器都可以安全的放置到共享内存上。

结论：只要提供一个用户自定义的allocator，任何STL容器都可以安全的放置到共享内存上。

正式干活

1、设计一个 allocator

基于共享内存的STL Allocator，shared_allocator.hh 是一个STL Allocator的实现，SharedAllocator 是一个模板类。而 Pool 类完成共享内存的分配与回收。

您所描述的pool.hh和shmPool类似乎是用于管理共享内存的一个封装。下面我会基于您给出的描述来详细解释各个部分：

Pool 类定义
Pool是更广泛的类
shmPool是Pool的一个具体实现
静态成员 shm_
- shm_是一个静态成员，其类型是shmPool。
- 静态成员意味着它在所有类的实例之间共享，并且只存在一个副本。因此，不论你创建了多少个Pool（或shmPool）的实例，它们都共享同一个shm_对象。
- 这确保了每个进程（如果每个进程都访问这个静态成员）都只有一个shmPool的实例，这对于共享内存的管理是非常重要的。
shmPool 构造函数
- 构造函数用于初始化shmPool对象。
- 在这个过程中，它会创建并附着所需大小的内存到共享内存上。
- 共享内存的参数（如键值、段数目、段大小）通过环境变量传递给构造函数。这样，你可以在不修改代码的情况下，通过调整环境变量来改变共享内存的行为。
成员变量
- segs_：表示共享段的数目。
- segSize_：表示每个共享段的大小。
- path_和key_：用于创建唯一的IPC键（可能是POSIX IPC或System V IPC）。这个键用于标识和访问共享内存。
信号量（Semaphore）
- shmPool为每个共享段创建一个信号量，用于同步。这意味着当多个进程或线程需要访问同一个共享段时，它们会通过信号量来协调，以确保数据的一致性和完整性。
Chunk 类
- Chunk类代表一个共享段。这意味着shmPool可能包含多个Chunk对象，每个对象管理共享内存中的一个段。
- 每个Chunk都有一个唯一的shmId_（共享内存ID），用于标识和访问该段。
- semId_是一个信号量ID，用于控制对该段的访问许可。
- Link结构（或类的指针）可能用于表示该Chunk中可用的内存块或段的链接列表。这样，当你需要分配或释放内存时，你可以通过这个链接列表来有效地管理内存。