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  • 共享内存两种方式
    万次阅读
    2018-08-10 10:24:06

    进程间的八种通信方式----共享内存是最快的 IPC 方式

    1.无名管道( pipe ):管道是一种半双工的通信方式,数据只能单向流动,而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。


    2.高级管道(popen):将另一个程序当做一个新的进程在当前程序进程中启动,则它算是当前程序的子进程,这种方式我们成为高级管道方式。


    3.有名管道 (named pipe) : 有名管道也是半双工的通信方式,但是它允许无亲缘关系进程间的通信。


    4.消息队列( message queue ) : 消息队列是由消息的链表,存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。


    5.信号量( semophore ) : 信号量是一个计数器,可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制,防止某进程正在访问共享资源时,其他进程也访问该资源。因此,主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。


    6.信号 ( sinal ) : 信号是一种比较复杂的通信方式,用于通知接收进程某个事件已经发生。


    7.共享内存( shared memory ) :共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存,这段共享内存由一个进程创建,但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式,它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制,如信号两,配合使用,来实现进程间的同步和通信。


    8.套接字( socket ) : 套解字也是一种进程间通信机制,与其他通信机制不同的是,它可用于不同机器间的进程通信。

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  • 分布式共享内存两种实现方式

    千次阅读 2019-08-07 16:54:48
    这里,我们介绍两种分布式共享内存,一种是分布式共享内存,另外一种是naive分布式共享内存 简单的分布式共享内存 所有的进程去访问一个共享内存,这个共享内存是虚拟的,他可能分布在不同的物理机上,其实可以...

    分布式共享内存
    这里,我们介绍两种分布式共享内存,一种是分布式共享内存,另外一种是naive分布式共享内存

    简单的分布式共享内存 

    è¿éåå¾çæè¿°
    所有的进程去访问一个共享内存,这个共享内存是虚拟的,他可能分布在不同的物理机上,其实可以理解为一种抽象,他整合了所有的存储资源,然后所有的调度、分配、读写都对程序员是隐藏的,他提供给程序员的就是一个虚拟的内存块(或者内存管理平台),程序员就可以向操作一块磁盘一样去在上进行编程或者其他的行为,这有点类似于云计算的思想。

    naive分布式共享内存 
     è¿éåå¾çæè¿°
    每一个机器都有一个存储内容的本地副本,读取操作我们可以从本地内存进行读取,写入操作我们可以先在本地下写入之后,再通过广播向其他的内存块发送update消息。

    我们可以看到naive方式的共享内存速度是非常快的,因为他不需要去跟其他的用户进行交流,省去了通信的消耗。
     

    展开全文
  • 往小了说,golang建议使用channel来共享信息而不是使用共享内存,这是一优雅的方式,避免了数据同步带来的繁琐和低效。 往大了说,本质上还是让资源去调度请求,而不是让请求去调度资源。 资源就那么多,所有请求...

    题目是一句golang编程箴言,对它的理解可大可小。

    往小了说,golang建议使用channel来共享信息而不是使用共享内存,这是一种优雅的方式,避免了数据同步带来的繁琐和低效。

    往大了说,本质上还是让资源去调度请求,而不是让请求去调度资源。

    资源就那么多,所有请求有序使用资源的方式就是通信的方式,反过来,为每个请求虚拟出它独占资源的假象,那就是共享的方式。两种截然不同的方式,差异体现在仲裁成本,这个成本决定了它们承载并发的能力。

    再看下面这篇文章:
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/492863461

    一个一个说。

    电路交换 vs 分组交换

    • 电路交换试图占有整条电路(其实是最后一公里),若不成功,必须等到成功。
    • 分组交换将长信息分割成若干小数据包,小数据包统计复用链路。

    批处理系统 vs 分时系统

    • 批处理用户一旦使用系统,则会独占系统到任务完成,其它用户等待。
    • 分时系统将时间分片,多用户被调度复用时间片。

    CSMA/CD vs 交换式以太网

    • CSMA/CD主机试图独占总线发送数据包,若不成功便退避直到成功。
    • 交换式以太网数据包在交换机有序排队,复用buffer。

    Apache vs Nginx

    • Apache为每一个请求生成一个task,该task一旦获得CPU,其它task将等待。
    • Nginx采用异步模型,所有请求分时复用固定数量task的CPU时间。

    共享内存 vs erlang/go channel

    • 共享内存对写写以及读写是互斥,每次只允许一个操作,其它不得不等待,重试。
    • erlang/go channel将内容拆解为事务消息,依靠消息的有序传递共享信息。

    我们来看上述两两比较的共性。

    可将上述所有的二者抽象为争抢模式和有序模式:

    • 对于争抢模式,本质上需要对冲突进行仲裁。
    • 对于有序模式,本质上需要对并发进行调度。

    所谓对冲突进行仲裁,意思就是发生冲突后怎么办。无论是退避重试,还是等待,此期间均是什么都做不了,且仲裁本身需要昂贵的成本。

    并发调度就会好太多,有序化便无冲突,也就没有仲裁成本了,没有了仲裁,也就无需重试,等待,便可以干别的了,处理完全异步化。
    以上述列举的顺序,分别是:

    电路交换 vs 分组交换

    • 电路交换一旦占线,你需要自己不断重试。
    • 分组交换你只管发数据包,交换节点会自动调度这些数据包到达目的地后重组。

    批处理系统 vs 分时系统

    • 批处理系统一旦系统被占,你就要排队等待或者待会儿再来。
    • 分时系统你只需要下发任务,任务调度系统会让所有用户的任务分时复用时间片。

    CSMA/CD vs 交换式以太网

    • CSMA/CD网卡需要不断监听冲突并重试。
    • 交换式以太网卡只需要发包,交换机会排队调度来不及转发的数据包。

    Apache vs Nginx

    • Apache线程/进程若没被调度到CPU,就需要等待直到被调度切换至CPU。
    • Nginx只需将事件通知到,工作进程便会轮询处理完所有请求。

    共享内存 vs erlang/go channel

    • 共享内存访问需要加锁,若持锁失败,要么忙等重试,要么待会儿再来。
    • erlang/go channel以消息传递通信,消息发出后就不用管了,除非它希望得到回馈,完全异步。

    可见,这又是一个殊途同归。同类的还有:

    • PCI vs PCIe,从总线到交换。
    • 宏内核 vs 微内核,从共享数据结构到消息传递。
    • Spin/RW Lock vs RCU Lock,从争抢锁到操作副本原子更新。

    为什么冲突仲裁的争抢模式无法承载大并发,因为过载的冲突仲裁开销会将资源淹没,若要承载大并发,必然要采用调度的方式。要理解这一要素,需要换一个视角。

    我们看操作的是信息的本身还是信息的副本。

    回到本文题目,“以通信方式共享内存”操作信息的副本, 而“以共享内存方式通信”则操作信息本身。

    操作信息副本可以保证同时有且只有一个实体操作该副本,如果有两个实体需要操作该副本,那就再复制一个副本,这就保证了无冲突,业务流是可控无阻塞的。

    RCU可做到业务无阻塞并发,无论是spinlock还是rwlock,都做不到。spinlock/rwlock锁临界区,造成临界区串行化,而RCU没临界区,它将本属于临界区的逻辑作为副本操作,择机原子更新,这便可做到无阻塞并发。

    操作副本是无阻塞并发的甘泉,如果把并发看作是时间扩展性,那么将信息共享到远方则是空间扩展性,完成这件事的是网络,目前它是TCP/IP网络。TCP/IP网络采用了“以通信方式共享内存”的方式,它无疑是正确的。

    我不懂erlang,但大致知道它的意思,erlang没有变量,只操作副本,它是通信网络在编程语言上的映射,对于golang,大概也是如此,使用go channel可以像网络收发一样来处理信息。

    我们看socket接口,它实属用通信的方式共享内存的古老方式。

    socket接口一开始是进程间通信机制,与之通信的进程可在本机,也可在远处,可在世界任意地方。“以通信方式共享内存“,是最原始的编程模式,一直到现在依然正确。

    共享内存是一种本地优化,仅有编程意义,却没有扩展性,无论是无阻塞并发的时间扩展性,还是将信息传递给远方的空间扩展性。

    共享内存是一种本地优化,优化的是指令操作延时,与其将信息封装成消息并传递,不如直接操作信息本身,它编程更简单,代码指令更少,执行延时更低。但高并发并不care指令延时,高并发care同时执行的有效指令数,而spin,switch不属于有效指令,故共享内存天生不与高并发配对。

    此外,还是那个观点,网络编程场景,普遍毫秒级的单流通信延时,共享内存相比消息传递节省个微妙甚至纳秒级的操作延时,并无太大意义。要怪就怪光速吧。

    上周周中,一个经理提到了“以通信方式共享内存,不要以共享内存方式通信”这句话,周末写篇杂感。

    浙江温州皮鞋湿,下雨进水不会胖。

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  • linux实现共享内存同步的四方法

    千次阅读 2021-05-11 12:29:01
    共享内存是一最为高效的进程间通信方式,进程可以直接读写内存,而不需要任何数据的拷贝。它是IPC对象的一。为了在多个进程间交换信息,内核专门留出了一块内存区,可以由需要访问的进程将其映射到自己的私有...

    https://blog.csdn.net/sunxiaopengsun/article/details/79869115

    本文主要对实现共享内存同步的四种方法进行了介绍。

    共享内存是一种最为高效的进程间通信方式,进程可以直接读写内存,而不需要任何数据的拷贝。它是IPC对象的一种。

    为了在多个进程间交换信息,内核专门留出了一块内存区,可以由需要访问的进程将其映射到自己的私有地址空间。进程就可以直接读写这一内存区而不需要进行数据的拷贝,从而大大提高的效率。

    同步(synchronization)指的是多个任务(线程)按照约定的顺序相互配合完成一件事情。由于多个进程共享一段内存,因此也需要依靠某种同步机制,如互斥锁和信号量等 。

    信号灯(semaphore),也叫信号量。它是不同进程间或一个给定进程内部不同线程间同步的机制。信号灯包括posix有名信号灯、 posix基于内存的信号灯(无名信号灯)和System V信号灯(IPC对象)

    方法一、利用POSIX有名信号灯实现共享内存的同步

    有名信号量既可用于线程间的同步,又可用于进程间的同步。

    两个进程,对同一个共享内存读写,可利用有名信号量来进行同步。一个进程写,另一个进程读,利用两个有名信号量semr, semw。semr信号量控制能否读,初始化为0。 semw信号量控制能否写,初始为1。

    读共享内存的程序示例代码如下

    semr = sem_open("mysem_r", O_CREAT | O_RDWR , 0666, 0);

    if (semr == SEM_FAILED)

    {

    printf("errno=%d\n", errno);

    return -1;

    }

    semw = sem_open("mysem_w", O_CREAT | O_RDWR, 0666, 1);

    if (semw == SEM_FAILED)

    {

    printf("errno=%d\n", errno);

    return -1;

    }

    if ((shmid = shmget(key, MAXSIZE, 0666 | IPC_CREAT)) == -1)

    {

    perror("semget");

    exit(-1);

    }

    if ((shmadd = (char *)shmat(shmid, NULL, 0)) == (char *)(-1))

    {

    perror("shmat");

    exit(-1);

    }

    while (1)

    {

    em_wait(semr);

    printf("%s\n", shmadd);

    sem_post(semw);

    }

    写共享内存的程序示例代码如下

    。。。。。。

    //同读的程序

    while (1)

    {

    sem_wait(semw);

    printf(">");

    fgets(shmadd, MAXSIZE, stdin);

    sem_post(semr);

    }

    方法二、利用POSIX无名信号灯实现共享内存的同步

    POSIX无名信号量是基于内存的信号量,可以用于线程间同步也可以用于进程间同步。若实现进程间同步,需要在共享内存中来创建无名信号量。

    因此,共享内存需要定义以下的结构体。

    typedef struct

    {

    sem_t semr;

    sem_t semw;

    char buf[MAXSIZE];

    }SHM;

    读、写程序流程如下图所示。

    392a8e6eaa532151d64d4195c4a6ac82.png

    ed8987399627d135776d4991ada85d27.png

    方法三、利用System V的信号灯实现共享内存的同步

    System V的信号灯是一个或者多个信号灯的一个集合。其中的每一个都是单独的计数信号灯。而Posix信号灯指的是单个计数信号灯

    System V 信号灯由内核维护,主要函数semget,semop,semctl 。

    一个进程写,另一个进程读,信号灯集中有两个信号灯,下标0代表能否读,初始化为0。 下标1代表能否写,初始为1。

    程序流程如下:

    81c55cdb6727e6c2acc3c86d9c36f04d.png

    写的流程和前边的类似。

    方法四、利用信号实现共享内存的同步

    信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟,是一种异步通信方式。利用信号也可以实现共享内存的同步。

    思路:

    reader和writer通过信号通信必须获取对方的进程号,可利用共享内存保存双方的进程号。

    reader和writer运行的顺序不确定,可约定先运行的进程创建共享内存并初始化。

    利用pause, kill, signal等函数可以实现该程序(流程和前边类似)。

    linux 实现共享内存同步

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