何时使用管道，何时使用共享内存？（这是一个提问标题，无需回答）

Question

我正在阅读有关各种IPC机制的资料。我试图找出使用共享内存和命名管道（FIFO）的场景。

管道： 多个进程可以写入，但只有一个进程可以读取。写操作是原子的。

共享内存： 多个进程可以读写。用户需要为读写提供互斥。

这是使用共享内存和管道的唯一区别吗？

- vamsi

---

请注意，仅当写入的大小不大于PIPE_BUF时，写操作才是原子性的。 - William Pursell

Answer 1

本质上，管道 - 无论是命名的还是匿名的 - 就像消息传递一样使用。某人向接收者发送信息，接收者可以接收它。共享内存更像发布数据 - 某人将数据放入共享内存中，读者（可能很多）必须使用同步，例如通过信号量来了解有新数据的事实，并且必须知道如何读取内存区域以查找信息。

对于管道，同步是简单的，并且内置于管道机制本身中-当发生有趣的事情时，您的读取和写入将冻结和解冻应用程序。对于共享内存，更容易异步工作并仅偶尔检查新数据-但代价是更复杂的代码。此外，你可以得到多对多通信，但又需要更多的工作。而且，由于上述原因，基于管道的通信的调试比共享内存更容易。

一个小差异是：管道在文件系统中直接可见，而共享内存区域需要特殊工具（例如ipcs）进行管理，以防您创建了共享内存段，但您的应用程序死亡并且没有清理自己（同样适用于信号量和许多其他同步机制，您可能需要与共享内存一起使用）。

共享内存还可以让您更好地控制缓冲和资源使用-在操作系统允许的限制范围内，您决定分配多少内存以及如何使用它。对于管道，操作系统自动控制事物，因此再次失去了一些灵活性，但减轻了很多工作。

最重要的要点总结：管道用于一对一通信，编码较少且让操作系统处理事物；共享内存用于多对多通信，具备更多手动控制的优势，但需要更多的工作和较难的调试。

- Michał Kosmulski

---

一些小的更正。管道也可以通过pipe系统调用匿名创建。共享内存也可以通过不私有地nmap文件来驻留在文件系统中。 - johannes

FIFO也支持多对一的通信（“摘要”似乎仅适用于一对一）。 - Mark Rajcok

@MarkRajcok 虽然理论上可能存在许多具有管道的编写器，但实际上并不是很有用，因为没有内置机制来管理消息级别的同步 - 所有编写器发送的内容都将以不可预测的方式交错。即使实现了外部同步，最好的方法也只能是在每个消息发送时在编写器之间进行互斥锁定，这并不有效，因为同一时间只能有一个编写器在写入。 - Michał Kosmulski

如果消息的大小始终小于PIPE_BUF，则我认为您不需要实现自己的锁定 - 消息不会交错。也许我应该说“具有PIPE_BUF大小限制的多对一”。 - Mark Rajcok

你是正确的，pipe(7)函数确实说明了如果O_NONBLOCK未被禁用并且要写入的字节数小于PIPE_BUF，则调用write(2)是根据POSIX.1-2001标准保证原子性的。但是，同样的手册中也建议“不同的实现对管道容量有不同的限制。应用程序不应依赖特定容量”。因此，在特定情况下，多个写入者的方案确实可行，但如果没有很好的理由，我不会基于此构建应用程序。你永远不知道你可能需要什么大小的消息。 - Michał Kosmulski