1.共享内存
进程间通信，管道的效率较低（拷贝次数过多），而且管道文件大小毕竟是有限的
其实从匿名管道->命名管道->共享内存，本质都是让通信的进程看到同一份资源，这份资源由一个进程创建，另一个进程获取，比如匿名管道是父进程创建，子进程获取；命名管道是其中一个进程创建，另一个进程获取；而共享内存也是，因为资源只有一份，不可能二者都创建，创建工作只需要一个进程来做，另外一个进程获取即可，双方使用
System V有三种通信方式，共享内存，消息队列和信号量
先看共享内存，其实名字很好理解了，我们知道进程有自己的虚拟地址空间，但是进程具有独立性，所以进程A的虚拟地址空间其它进程是看不到的，如果要让其它进程看到，首先技术上肯定是可以实现的，毕竟OS在这，但是原则上，是不可以的，违反了进程的独立性；而进程通信的本质是让不同进程看到同一份资源，那么这个时候只能操作系统来了，所以共享内存肯定也涉及到系统调用
原理是，既然我们都只能看到各自的虚拟地址空间，那就把同一块内存既映射到进程A的虚拟地址空间，也映射到进程B的虚拟地址空间，那这样就可以实现不同进程看到同一份资源，所以共享内存的本质就是由OS在物理内存中申请一块内存，接着挂载（也就是映射）到进程的虚拟地址空间的共享区中（和动态库加载有些类似，把动态库加载到内存，映射到多个使用动态库的进程虚拟地址空间，修改页表）
而通信的进程肯定不止一组，所以肯定存在多份共享内存，那么肯定需要管理，先描述，再组织，使用struct 结构体来描述共享内存的物理起始地址，大小，都映射到哪些进程，分别映射的起始虚拟地址分别是什么，包括共享内存肯定有唯一标识，因此共享内存的本质其实是内存块+结构体
综上，共享内存特点
1.共享内存映射到进程虚拟地址空间的共享区
2.共享内存原理本质是简化的动态库加载
3.共享内存管理的数据结构+共享内存=共享内存
4.使用共享内存步骤：1）申请共享内存 2）关联挂接到进程的虚拟地址空间 3）使用 4）去关联 5）释放共享内存
s是shared，m是memory，共享内存
size是4096B的整数倍（4KB，磁盘数据块大小）
shmflg
IPC_CREAT 可以单独传递，如果共享内存不存在，就创建，否则获取（需要一个共享内存，不管是不是刚创建的），有现成的就捡现成的，没有就自力更生
IPC_EXCL 不可以单独传递，IPC_CREAT | IPC_EXCL 如果共享内存不存在，就创建，否则报错（我只要新的刚创建的共享内存），不食嗟来之食
shmflg也可以传权限，因为新创建的文件肯定需要规定权限位
那怎么知道存在不存在呢？共享内存struct肯定有标识共享内存唯一性的属性
而key这个参数是就是内核中用来标识共享内存唯一性的属性，由用户传递，在创建/获取共享内存的时候，
那为啥不由OS提供呢？OS：臣妾做不到啊
我们来分析一波，首先假设key由OS生成，进程A创建了共享内存，生成了该共享内存的key，那么进程B和A要通信，肯定要访问同一个共享内存，因此B肯定要获取A的key，之后去内核中找key所标识的共享内存的内核数据结构，那也就是进程A要给进程B发数据，也就是二者要通信，而二者要通信就必须让A给B发key，而要发key，就要通信，变成了一个哲学难题🤔，先有🐔还是先有🥚
当然也可以通过搞一个命名管道来帮忙，但是一般通信方式不依赖其它方式，解耦合
于是乎，OS说搞不了啊，所以key就由进程自己传递，也就是用户，只要进程A和B约定好用同一个key，就可以访问同一块共享内存，其实进程就是程序呗，程序都是程序员👩💻写的，写程序的时候，规定就可以了
而这个key可以自行规定，也可以让系统生成，通过库函数ftok，设定pathname为/tmp，而proj_id为0x66
Server创建共享内存
ipcrm -m 跟的不是key，因为指令的本质是代码，是用户执行，而用户通过smid来操作共享内存
而且可以看到在Server结束之后共享内存还在，说明共享内存生命周期不随进程，而是随内核，类似OS，除非重启系统或者用户主动删除共享内存，否则共享内存，包括System V标准下的通信方式的通信资源一直存在
perms是权限，nattch是挂载进程数
能申请就得能删除，谁创建，谁删除，使用shmctl（删除是控制的方式之一），op设为IPC_RMID，RMID是remove identifier，标识符指的就是shmid，struct shmid_ds是一个结构体类型，就是用来管理共享内存的结构体，其成员ipc_perm中的key_t key就是内核中用于标识共享内存唯一性的，但是shmid是用户用来操作的（就像inode号和fd）
shmat挂接共享内存到当前进程的地址空间，进程是不能直接访问物理内存的，所以必须使用shmat将共享内存挂载到进程地址空间的共享区，返回值是虚拟地址空间的起始地址，因此访问共享内存不需要系统调用
可以通过第二个参数shmaddr指定挂载到具体的虚拟地址，但是一般不推荐，nullptr表示由OS挂载到合适的虚拟地址，返回值void*类似malloc返回堆上任意一块空间的起始地址
shmflg为0表示不设限，就是不降低shmget设置的权限，在shmget设置权限位为可读可写，表示挂载后后的内存段是可读可写的
perms是权限，bytes是大小，size是4096的整数倍，但是给用户显示的还是用户申请的数目
nattch是挂接数，表示有多少进程把该共享内存挂接到其进程地址空间，attach是挂接，detach是取消挂接
有挂载就有卸载
Client和Server都要取消挂载
有意思的是，只运行Client，因为shmflg是IPC_CREAT，没有设置权限，所以不存在就创建共享内存，但是在挂接的时候失败了
我们也可以通过shmctl获取共享内存的信息
也可以通过op参数来获取或设置共享内存的属性
目前为止，双方能看到同一份资源，包括对资源的收尾工作，现在，我们要进行通信了，首先我们肯定要看到要写的虚拟地址和虚拟地址块大小（这里测试用的是128，4096太大，刷屏了，很难观察）
Shm提供接口，获取虚拟地址内存块大小和起始地址，之后Client进行写入，Server进行读取
如果是管道，首先要把数据从外设（网卡，磁盘或者其他）读到栈上，接着通过系统调用write写到管道中，接着通过read系统调用读到栈上，这至少3次，如果还要从栈到文件（比如标准输出）等，就是4次，包括系统调用涉及到内核态和用户态之间的切换，而共享内存，读和写都是在用户态，比如下面直接从stdin到内存，内存到stdout，就是两次拷贝，而且都是在用户态；因此拷贝次数少，直接映射，不需要系统调用
所以说共享内存是进程间通信方式中最快的，写端拷贝的shm，其他端立马能看到，但是假如写的过快，导致覆盖，不具备同步，包括并行访问可能存在问题（比如二义性），以及要自己控制是否越界，也就是缺乏资源的保护机制，不具备同步或互斥，需要用户自行设置，完成保护；而如果要设置互斥，比如可以再叠加一个命名管道，当Client向管道中写入数据，Server的read才会被唤醒，那么就可以具有同步
最后，其实进程通信是为了上进程协同，共享->进程通信->独立性->看到同一份资源->多执行流并发访问的问题->同步和互斥，因为要进程通信，那就要为通信做准备，所以要看到同一份资源，在哲学上就是解决问题的同时可能会带来新的问题，问题是时时刻刻都存在的，不过是紧不紧急罢了
2.消息队列
创建和获取
消息队列也是进程间通信的一种方式，消息队列由节点构成，第一个节点是管理该队列的内核数据结构相关信息，后续节点是进程每次发送数据会创建一个节点，放到队列中，那如何区分是谁发的呢？每个节点有类型，比如进程A发的数据有类型是type A，进程B发的数据类型是type B，这样假如只有进程A和B通过这一队列通信，那在消息队列中的节点，进程A取下类型为typeB的节点就是进程B发的数据
而内核中可能有多组进程通过消息队列通信，那么也就是说会存在多个消息队列，肯定要做管理，先描述，再组织，主要是通过消息队列头，里面存储struct结构体描述消息队列的信息
那进程具有独立性，怎么让不同进程看到同一份资源？可以看到消息队列的创建msgget需要传入key，通过同一个key就可以看到同一份资源
而每个节点是一个数据块，因此可以通过共享队列，实现有类型的，数据块级别的通信，也就是消息队列
消息队列和共享内存都是IPC System V标准下的，共享内存获取是shmget，消息队列获取是msgget，xxxflg包括IPC_CREAT以及IPC_EXEL，控制是xxxctl，op为IPC_RMID是删除，IPC_STAT是查内核数据结构xxxid_ds，IPC_SET是设置内核数据结构；
即所谓标准规定接口，返回值，参数，数据结构，key共享方式，创建和删除，底层原理，具有共性
包括ipcs查看所有System V标准下得通信资源，-q查看消息队列
使用msgsnd来发送消息，msgrcv接收消息，msgsnd的参数从左往右，第一个是msgget返回的msgid，第二个指针指向struct msgbuf，第一个成员是消息类型（>0），第二个成员是发送的消息；接着是消息数据部分的大小，msgflg
对于msgrcv，第一个是谁来接收的msgid，第二个是接收struct msgbuf，也就是把内核中消息队列的struct msgbuf拷贝到用户定义的struct msgbuf，接着是消息数据部分的大小，以及要接收消息的类型，最后是msgflg
msgflg一般为0，表示阻塞模式，没有符合类型的消息就阻塞进程
A进程类型为1，B进程创建struct msgbuf data;用来接收即可
3.信号量
3.1 原理
进程间需要通信->进程具有独立性->让不同的进程看到同一份资源(file，内存块，消息队列)->OS提供
解决进程间通信问题，而不同进程访问同一份资源就会存在并发访问的问题，也就是数据不一致，
多个执行流，能同时看到并访问的公共资源称为共享资源
为了保护共享资源，任何时刻，只能有一个执行流访问公共资源，称为互斥
互斥访问的的共享资源，称临界资源
临界资源的访问，本质是进程，CPU执行访问临界资源的代码，称为临界区，代码分为临界区和非临界区
原子性（要么不做，要么做完），两态的操作，不容易被打扰，同步
下面可以看到A和B交错打印，结果很不可预料，都混杂在一起，信息被干扰，因为显示器是文件，是共享资源，父子进程在向同一份共享资源写入
又称信号灯，本质是计数器，但是又不止于计数器
举个例子，看电影要买票，一个放映厅（共享资源）假设有100个座位，那卖票上限是100，把票看作信号量，就是初始值为100的信号量，买票就是申请信号量（是对资源的预定机制），信号量的本质是一个计数器，描述临界资源中，资源的数量。
申请资源要先申请信号量，成功就可以访问资源，失败进程会被阻塞
申请座位资源，买到票，座位就是我的，而不是访问资源，也就是看电影时票才是我的（深有体会，买错地点了，还退不了，没去看，但是钱还是付了），因为买到票了，还没有去看，但是已经预定了这个座位，别人不能去预定以及后续看电影
资源数量>1就是多元信号量，=1就是二元信号量，一次只能放进来一个人，互斥（比如一个人包场）
下面的伪代码其实是模拟，但是有一些瑕疵
假如进程A执行if(sem>0)，此时sme=1，但是之后进程A被调度，进程B上处理机，sem--导致sem=0，之后进程A回来，也导致sem--为-1，这时候就出问题了，在没有资源的情况下还申请到了资源，所以资源的申请（P）和释放（V）都必须是原子性的，由OS来保证
假如sem是一种全局变量，但是我们知道，进程要申请信号量，就要看到信号量，信号量本身也是共享资源，进程具有独立性，所以信号量不可能是全局变量，信号量作为共享资源由OS来保护，PV操作的原子性，而不同的进程看到同一个信号量，也是通过同一个key
上面提到PV操作是原子的，但实际上并不准确，因为原子性通过加锁来保证，或者汇编之后只有一条汇编代码，
假设sem初始值为10，进程A执行sem--，首先把内存中的sem值move到CPU中的寄存器，接着执行--操作，再move更新到内存，但是如果move到寄存器之后，进程A被调度（进程可以在任何时刻被调度），之后进程B把sem减为0，之后进程A又把9更新到内存，这就出问题了，所以汇编之后如果是一条语句就是原子的，要不然就得加锁保证原子性
要保护共享资源，就要先看到同一份资源（同一个信号量，计数器资源），因此信号量被归为IPC
3.2 接口
获取信号量资源semget
nsems是信号量数量，可以一次创建多个信号量(信号量集)，sem semsnsems
通过ipcs -q可以查到信号量资源以集为单位
semctl-初始化和删除
op为IPC_RMID，删除
op为SETVAL，设置的是union semnu（用于缺省参数...）中的val，也就是初始值，这个联合体需要自己定义，OS不提供
semop-操作信号量（PV）
semop第二个参数是struct sembuf spops1（柔性数组），每一个struct sembuf包含右边三种成员，第一个是要操作的信号量在信号量集中的下标，第二个是操作P/V
4.内核组织ipc资源
shm，msg，sem相似，IPC本质是共享资源本身（内存块，队列，计数器）+内核数据结构
可以看到共享内存，消息队列和信号量第一个成员都是struct ipc_perm类型，结构体的地址和结构体中第一个成员的地址在数值上相同，因此内核中可以把这三者以struct ipc_perm数组的形式组织起来，每个数组元素是结构体的地址，通过强转为struct shmid_ds的地址，再用->来访问成员，也就是多态，把基类组织起来，访问子类
那么内核是如何组织ipc资源的？
首先内核struct ipc_ids里的struct ipc_id_ary* entries指向一个结构体，结构体第一个成员是size，第二个成员是柔性数组（变长数组进行动态扩容），本来第二个成员是不占内存的，大小计算=nsizeof(struct kern_ipc_perm )+sizeof(ipc_id_ary)，每一个数组成员都是一个ipc资源，kern_ipc_perm就是上面查到的ipc_perm，因为本质上给用户看的数据结构!=内核存储的数据结构，比如下面我们知道前面几列都是inode存储的信息，但是inode不存文件名，文件名在目录文件中存储，所以我们看到的信息其实是组合过的
那么用户每申请一个ipc资源，就会malloc一个结构体，地址填在柔性数组中，柔性数组元素个数有限制，通过%运算来保证
然而我们看到kern_ipc_perm中有key标识共享内存唯一性，但是却不知道是哪一种ipc资源，共享内存？信号量？消息内存？
其实内核中共享内存（shm），消息队列（msg），信号量（sem）有各自的ipc_id结构体对象，也就是三种资源分开管理，这样无论是增删改查某种资源查各自的结构体即可，也就是为什么不同资源的系统调用不同
类似给用户看到的，肯定有管理共享内存，消息队列，信号量的内核数据结构，第一个成员都是struct kern_ipc_perm，通过把第一个成员的地址组织起来，之后在访问的时候进行强转为(struct msg_queue*)pi->x来访问数组p第i个数据的成员x，如果访问的是kern_ipc_perm中的属性，不需要强转，如果访问的是msg_queue中的属性需要强转之后通过->访问（访问信号量和共享内存类似）
其实shm/sem/msgget返回值是索引（不等价于数组下标，因为还有移位和与操作）
那么上面做到了用C语言实现多态（面试题）用一个类型的struct来组织不同类型的struct，也就是C++中的多态，是属性方面的多态，实现方法是不同的类第一个成员是同一个数据类型（结构体嵌套等），运用结构体起始地址和第一个成员地址相同，再通过指针强转+箭头运算符来访问struct中特有的其它成员
而方法层面的多态，通过函数指针来实现，把不同方法抽象成统一的函数接口，通过同一接口的函数调用不同内容的函数，实现方法上的多态，硬件方法都是这么实现的，task_struct里的struct files_struct* files的文件描述符表，每一个strcut file* 里的操作表，因为每一个硬件都抽象为文件
C++中的属性+方法都搞定了
q_receivers是接受者队列，q_senders是发送者队列，如果进程A要读取type B类型的数据，但是消息队列中没有，就阻塞进程A，从运行队列挂到q_receivers队列，进程既等待硬件资源如打印机，也等待软件资源如消息，等到进程B写入数据，再把进程A从q_receivers中唤醒，挂到运行队列；如果消息队列满了，此时还有进程要往里写，就阻塞进程，把进程从运行队列挂到q_senders队列，等到消息队列有空位了，再从q_senders中唤醒进程进行写入
每个进程都有虚拟地址空间，由task_struct里的strcut mm_struct维护，mm_struct里的vm_area_struct维护进程地址空间的段，其vm_start和vm_end界定一个段，其struct flie* vm_file和shmid_kernel里的shm_file都指向共享内存的struct file，struct file里的f_mmaping指向内核缓冲区也就是共享内存，vm_area_struct里的vm_private_data指向shmid_struct，多个task_struct都能看到struct shmid_kernel和struct file就能通信
上面是匿名共享内存映射，对于磁盘中的文件也是一样，打开文件，创建内核缓冲区，把内核缓冲区映射到进程的虚拟地址空间，两个进程就可以不需要系统调用，访问各自虚拟地址空间就可以访问文件内容
使用mmap创建vm_area_struct将虚拟地址空间和文件的struct file连接起来，就可以映射到虚拟地址空间
动态库的实现就是，比如libc.so加载到内核，打开文件创建struct file，内核缓冲区指向共享区，vm_area_struct维护，vm_start和vm_end维护起始和结束虚拟地址，更新页表，动态重定位，更新got表，就可以实现多个进程共享一个动态库，访问虚拟地址空间而不是系统调用
牛刀小试
- 进程间通讯的方式中哪种的访问速度最快（）
A.管道
B.消息队列
C.共享内存
D.套接字
C
- 以下描述正确的有 （）
A.共享内存实现通信的原理是因为所有进程操作映射同一块物理内存
B.共享内存的操作是进程安全的
C.共享内存被删除后，则其它进程直接无法实现通信
D.所有进程与共享内存断开映射后，则共享内存自动被释放
A
- 以下描述正确的有（）
A.使用ipcrm -m命令删除指定共享内存后，则会直接释放共享内存
B.使用ipcs -m命令删除指定共享内存后，则会直接释放共享内存
C.使用ipcrm -a选项可以删除所有进程间通信资源
D.使用ipcrm命令不指定选项可以删除所有进程间通信资源
A
- 以下关于ipcrm命令描述正确的有（）
A.ipcrm命令不指定选项可以删除所有进程间通信
B.ipcrm -m命令可以删除共享内存
C.ipcrm -s命令可以删除共享内存
D.ipcrm -q命令可以删除管道
B
- 以下关于ipc命令描述正确的有（）
A.ipcs -m用于查看消息队列的信息
B.ipcs -q可以查看消息队列的信息
C.ipcrm -s可以查看共享内存的信息
D.ipcrm -q可以查看共享内存的信息
B
vscode远程连接的bug，可能vs code突然退出或者电脑突然关机，但是没退干净，再连的时候就连不上
