你知道Linux進(jìn)程間的通信方式？

? ? ? ?進(jìn)程間通信概述

進(jìn)程通信的目的

數(shù)據(jù)傳輸

一個(gè)進(jìn)程需要將它的數(shù)據(jù)發(fā)送給另一個(gè)進(jìn)程，發(fā)送的數(shù)據(jù)量在一個(gè)字節(jié)到幾M字節(jié)之間

共享數(shù)據(jù)

多個(gè)進(jìn)程想要操作共享數(shù)據(jù)，一個(gè)進(jìn)程對(duì)共享數(shù)據(jù)

通知事

一個(gè)進(jìn)程需要向另一個(gè)或一組進(jìn)程發(fā)送消息，通知它（它們）發(fā)生了某種事件（如進(jìn)程終止時(shí)要通知父進(jìn)程）。

資源共享

多個(gè)進(jìn)程之間共享同樣的資源。為了作到這一點(diǎn)，需要內(nèi)核提供鎖和同步機(jī)制。

進(jìn)程控制

有些進(jìn)程希望完全控制另一個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行（如Debug進(jìn)程），此時(shí)控制進(jìn)程希望能夠攔截另一個(gè)進(jìn)程的所有陷入和異常，并能夠及時(shí)知道它的狀態(tài)改變。

Linux 進(jìn)程間通信（IPC）的發(fā)展

linux下的進(jìn)程通信手段基本上是從Unix平臺(tái)上的進(jìn)程通信手段繼承而來(lái)的。而對(duì)Unix發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)的兩大主力AT&T的貝爾實(shí)驗(yàn)室及BSD（加州大學(xué)伯克利分校的伯克利軟件發(fā)布中心）在進(jìn)程間通信方面的側(cè)重點(diǎn)有所不同。 前者對(duì)Unix早期的進(jìn)程間通信手段進(jìn)行了系統(tǒng)的改進(jìn)和擴(kuò)充，形成了“system V IPC”，通信進(jìn)程局限在單個(gè)計(jì)算機(jī)內(nèi)； 后者則跳過(guò)了該限制，形成了基于套接口（socket）的進(jìn)程間通信機(jī)制。 Linux則把兩者繼承了下來(lái)

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早期UNIX進(jìn)程間通信

基于System V進(jìn)程間通信

基于Socket進(jìn)程間通信

POSIX進(jìn)程間通信。

UNIX進(jìn)程間通信方式包括：管道、FIFO、信號(hào)。

System V進(jìn)程間通信方式包括：System V消息隊(duì)列、System V信號(hào)燈、System V共享內(nèi)存

POSIX進(jìn)程間通信包括：posix消息隊(duì)列、posix信號(hào)燈、posix共享內(nèi)存。

由于Unix版本的多樣性，電子電氣工程協(xié)會(huì)（IEEE）開(kāi)發(fā)了一個(gè)獨(dú)立的Unix標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)新的ANSI Unix標(biāo)準(zhǔn)被稱(chēng)為計(jì)算機(jī)環(huán)境的可移植性操作系統(tǒng)界面（POSIX）?，F(xiàn)有大部分Unix和流行版本都是遵循POSIX標(biāo)準(zhǔn)的，而Linux從一開(kāi)始就遵循POSIX標(biāo)準(zhǔn)；BSD并不是沒(méi)有涉足單機(jī)內(nèi)的進(jìn)程間通信（socket本身就可以用于單機(jī)內(nèi)的進(jìn)程間通信）。事實(shí)上，很多Unix版本的單機(jī)IPC留有BSD的痕跡，如4.4BSD支持的匿名內(nèi)存映射、4.3+BSD對(duì)可靠信號(hào)語(yǔ)義的實(shí)現(xiàn)等等。

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linux使用的進(jìn)程間通信方式

管道（pipe）,流管道(s_pipe)和有名管道（FIFO）

信號(hào)（signal）

消息隊(duì)列

共享內(nèi)存

信號(hào)量

套接字（socket)

管道( pipe )

管道這種通訊方式有兩種限制，一是半雙工的通信，數(shù)據(jù)只能單向流動(dòng)，二是只能在具有親緣關(guān)系的進(jìn)程間使用。進(jìn)程的親緣關(guān)系通常是指父子進(jìn)程關(guān)系。

流管道s_pipe: 去除了第一種限制,可以雙向傳輸.

管道可用于具有親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信，命名管道:name_pipe克服了管道沒(méi)有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它還允許無(wú)親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信；

信號(hào)量( semophore )

信號(hào)量是一個(gè)計(jì)數(shù)器，可以用來(lái)控制多個(gè)進(jìn)程對(duì)共享資源的訪(fǎng)問(wèn)。它常作為一種鎖機(jī)制，防止某進(jìn)程正在訪(fǎng)問(wèn)共享資源時(shí)，其他進(jìn)程也訪(fǎng)問(wèn)該資源。因此，主要作為進(jìn)程間以及同一進(jìn)程內(nèi)不同線(xiàn)程之間的同步手段。

信號(hào)是比較復(fù)雜的通信方式，用于通知接受進(jìn)程有某種事件發(fā)生，除了用于進(jìn)程間通信外，進(jìn)程還可以發(fā)送信號(hào)給進(jìn)程本身；linux除了支持Unix早期信號(hào)語(yǔ)義函數(shù)sigal外，還支持語(yǔ)義符合Posix.1標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)函數(shù)sigaction（實(shí)際上，該函數(shù)是基于BSD的，BSD為了實(shí)現(xiàn)可靠信號(hào)機(jī)制，又能夠統(tǒng)一對(duì)外接口，用sigaction函數(shù)重新實(shí)現(xiàn)了signal函數(shù)）；

消息隊(duì)列( message queue )

消息隊(duì)列是由消息的鏈表，存放在內(nèi)核中并由消息隊(duì)列標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)。消息隊(duì)列克服了信號(hào)傳遞信息少、管道只能承載無(wú)格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺點(diǎn)。

消息隊(duì)列是消息的鏈接表，包括Posix消息隊(duì)列system V消息隊(duì)列。有足夠權(quán)限的進(jìn)程可以向隊(duì)列中添加消息，被賦予讀權(quán)限的進(jìn)程則可以讀走隊(duì)列中的消息。消息隊(duì)列克服了信號(hào)承載信息量少，管道只能承載無(wú)格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺點(diǎn)。

信號(hào) ( singal )

信號(hào)是一種比較復(fù)雜的通信方式，用于通知接收進(jìn)程某個(gè)事件已經(jīng)發(fā)生。

主要作為進(jìn)程間以及同一進(jìn)程不同線(xiàn)程之間的同步手段。

共享內(nèi)存( shared memory )

共享內(nèi)存就是映射一段能被其他進(jìn)程所訪(fǎng)問(wèn)的內(nèi)存，這段共享內(nèi)存由一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建，但多個(gè)進(jìn)程都可以訪(fǎng)問(wèn)。共享內(nèi)存是最快的 IPC(Inter-Process Communication) 方式，它是針對(duì)其他進(jìn)程間通信方式運(yùn)行效率低而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的。它往往與其他通信機(jī)制，如信號(hào)量，配合使用，來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步和通信。

使得多個(gè)進(jìn)程可以訪(fǎng)問(wèn)同一塊內(nèi)存空間，是最快的可用IPC形式。是針對(duì)其他通信機(jī)制運(yùn)行效率較低而設(shè)計(jì)的。往往與其它通信機(jī)制，如信號(hào)量結(jié)合使用，來(lái)達(dá)到進(jìn)程間的同步及互斥。

套接字( socket )

套解口也是一種進(jìn)程間通信機(jī)制，與其他通信機(jī)制不同的是，它可用于不同機(jī)器間的進(jìn)程通信

更為一般的進(jìn)程間通信機(jī)制，可用于不同機(jī)器之間的進(jìn)程間通信。起初是由Unix系統(tǒng)的BSD分支開(kāi)發(fā)出來(lái)的，但現(xiàn)在一般可以移植到其它類(lèi)Unix系統(tǒng)上：Linux和System V的變種都支持套接字。

進(jìn)程間通信各種方式效率比較

類(lèi)型無(wú)連接可靠流控制記錄消息類(lèi)型優(yōu)先級(jí)普通PIPENYY?N流PIPENYY?N命名PIPE(FIFO)NYY?N消息隊(duì)列NYY?Y信號(hào)量NYY?Y共享存儲(chǔ)NYY?YUNIX流SOCKETNYY?NUNIX數(shù)據(jù)包SOCKETYYN?N

注:無(wú)連接: 指無(wú)需調(diào)用某種形式的OPEN,就有發(fā)送消息的能力流控制:如果系統(tǒng)資源短缺或者不能接收更多消息,則發(fā)送進(jìn)程能進(jìn)行流量控制

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各種通信方式的比較和優(yōu)缺點(diǎn)

管道：速度慢，容量有限，只有父子進(jìn)程能通訊

FIFO：任何進(jìn)程間都能通訊，但速度慢

消息隊(duì)列：容量受到系統(tǒng)限制，且要注意第一次讀的時(shí)候，要考慮上一次沒(méi)有讀完數(shù)據(jù)的問(wèn)題

信號(hào)量：不能傳遞復(fù)雜消息，只能用來(lái)同步

共享內(nèi)存區(qū)：能夠很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一個(gè)進(jìn)程在寫(xiě)的時(shí)候，另一個(gè)進(jìn)程要注意讀寫(xiě)的問(wèn)題，相當(dāng)于線(xiàn)程中的線(xiàn)程安全，當(dāng)然，共享內(nèi)存區(qū)同樣可以用作線(xiàn)程間通訊，不過(guò)沒(méi)這個(gè)必要，線(xiàn)程間本來(lái)就已經(jīng)共享了同一進(jìn)程內(nèi)的一塊內(nèi)存

如果用戶(hù)傳遞的信息較少或是需要通過(guò)信號(hào)來(lái)觸發(fā)某些行為．前文提到的軟中斷信號(hào)機(jī)制不失為一種簡(jiǎn)捷有效的進(jìn)程間通信方式．

但若是進(jìn)程間要求傳遞的信息量比較大或者進(jìn)程間存在交換數(shù)據(jù)的要求，那就需要考慮別的通信方式了。

無(wú)名管道簡(jiǎn)單方便．但局限于單向通信的工作方式．并且只能在創(chuàng)建它的進(jìn)程及其子孫進(jìn)程之間實(shí)現(xiàn)管道的共享：

有名管道雖然可以提供給任意關(guān)系的進(jìn)程使用．但是由于其長(zhǎng)期存在于系統(tǒng)之中，使用不當(dāng)容易出錯(cuò)．所以普通用戶(hù)一般不建議使用。

消息緩沖可以不再局限于父子進(jìn)程，而允許任意進(jìn)程通過(guò)共享消息隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信，并由系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)消息發(fā)送和接收之間的同步，從而使得用戶(hù)在使用消息緩沖進(jìn)行通信時(shí)不再需要考慮同步問(wèn)題，使用方便，但是信息的復(fù)制需要額外消耗CPU的時(shí)間，不適宜于信息量大或操作頻繁的場(chǎng)合。

共享內(nèi)存針對(duì)消息緩沖的缺點(diǎn)改而利用內(nèi)存緩沖區(qū)直接交換信息，無(wú)須復(fù)制，快捷、信息量大是其優(yōu)點(diǎn)。

但是共享內(nèi)存的通信方式是通過(guò)將共享的內(nèi)存緩沖區(qū)直接附加到進(jìn)程的虛擬地址空間中來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，這些進(jìn)程之間的讀寫(xiě)操作的同步問(wèn)題操作系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。必須由各進(jìn)程利用其他同步工具解決。另外，由于內(nèi)存實(shí)體存在于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，所以只能由處于同一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的諸進(jìn)程共享。不方便網(wǎng)絡(luò)通信。

共享內(nèi)存塊提供了在任意數(shù)量的進(jìn)程之間進(jìn)行高效雙向通信的機(jī)制。每個(gè)使用者都可以讀取寫(xiě)入數(shù)據(jù)，但是所有程序之間必須達(dá)成并遵守一定的協(xié)議，以防止諸如在讀取信息之前覆寫(xiě)內(nèi)存空間等競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)的出現(xiàn)。

不幸的是，Linux無(wú)法嚴(yán)格保證提供對(duì)共享內(nèi)存塊的獨(dú)占訪(fǎng)問(wèn)，甚至是在您通過(guò)使用IPC_PRIVATE創(chuàng)建新的共享內(nèi)存塊的時(shí)候也不能保證訪(fǎng)問(wèn)的獨(dú)占性。 同時(shí)，多個(gè)使用共享內(nèi)存塊的進(jìn)程之間必須協(xié)調(diào)使用同一個(gè)鍵值。

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