面试题：网络编程之多进程编程中共享内存与消息传递基础

Question

在多进程编程中，简要阐述共享内存和消息传递的工作原理，并且说明在何种场景下会优先选择共享内存，何种场景下会优先选择消息传递？

Answer 1

共享内存工作原理

共享内存允许不同进程访问同一块物理内存区域。操作系统为参与共享的进程在其虚拟地址空间中映射该共享内存段。进程可直接读写共享内存，就像操作自身内存一样，无需额外的内核干预（除了首次映射和解除映射时），从而实现高效的数据共享与通信。

消息传递工作原理

消息传递是进程间通过操作系统提供的消息队列等机制来交换数据。发送方将消息（包含数据和目标标识等）发送到特定的消息队列，接收方从队列中按规则（如先进先出）读取消息。这种方式数据传递相对间接，需要内核在发送和接收过程中进行管理。

优先选择共享内存的场景

1. 高性能计算场景：例如并行计算任务，进程间频繁交换大量数据，共享内存的直接读写特性可减少数据拷贝开销，提高计算效率。
2. 实时性要求高的场景：如实时数据处理系统，进程间需要快速传递数据，共享内存无需等待内核消息处理，能满足实时性需求。

优先选择消息传递的场景

1. 分布式系统场景：不同主机上的进程通信，由于无法直接共享内存，消息传递（如通过网络协议实现的消息队列）是更合适的选择。
2. 安全性要求高的场景：消息传递由内核管理，每个进程相对独立，若一个进程崩溃，不会影响其他进程对消息队列的正常操作，安全性更好。
3. 低耦合场景：进程间耦合度较低，只需要偶尔传递少量数据，消息传递简单且灵活，不需要复杂的共享内存管理。