进程间通信

进程间通信(IPC)介绍

进程间通信(IPC,InterProcess Communication)是指在不同进程之间传播或交换信息。

IPC的方式通常有管道(包括无名管道和命名管道)、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。

以Linux中的C语言编程为例。

一、管道

管道,通常指无名管道,是 UNIX 系统IPC最古老的形式。

1、特点:

它是半双工的(即数据只能在一个方向上流动),具有固定的读端和写端。

它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信(也是父子进程或者兄弟进程之间)。

它可以看成是一种特殊的文件,对于它的读写也可以使用普通的read、write 等函数。但是它不是普通的文件,并不属于其他任何文件系统,并且只存在于内存中。

2、原型:

1 #include <unistd.h>

2 int pipe(int fd[2]); // 返回值:若成功返回0,失败返回-1

当一个管道建立时,它会创建两个文件描述符:fd[0]为读而打开,fd[1]为写而打开。如下图:

二、FIFO

FIFO,也称为命名管道,它是一种文件类型。

1、特

FIFO可以在无关的进程之间交换数据,与无名管道不同。

FIFO有路径名与之相关联,它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。

2、原型

1 #include <sys/stat.h>

2 // 返回值:成功返回0,出错返回-1

3 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

其中的 mode 参数与open函数中的 mode 相同。一旦创建了一个 FIFO,就可以用一般的文件I/O函数操作它。

当 open 一个FIFO时,是否设置非阻塞标志(O_NONBLOCK)的区别:

若没有指定O_NONBLOCK(默认),只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO。类似的,只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它。

若指定了O_NONBLOCK,则只读 open 立即返回。而只写 open 将出错返回 -1 如果没有进程已经为读而打开该 FIFO,其errno置ENXIO。

三、消息队列

消息队列,是消息的链接表,存放在内核中。一个消息队列由一个标识符(即队列ID)来标识。

1、特点

消息队列是面向记录的,其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。

消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时,消息队列及其内容并不会被删除。

消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。

四、信号量

信号量(semaphore)与已经介绍过的 IPC 结构不同,它是一个计数器。信号量用于实现进程间的互斥与同步,而不是用于存储进程间通信数据。

1、特点

信号量用于进程间同步,若要在进程间传递数据需要结合共享内存。

信号量基于操作系统的 PV 操作,程序对信号量的操作都是原子操作。

每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1,而且可以加减任意正整数。

支持信号量组。

2、原型

最简单的信号量是只能取 0 和 1 的变量,这也是信号量最常见的一种形式,叫做二值信号量(Binary Semaphore)。而可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。

五种通讯方式总结

1.管道<无名管道>:速度慢,容量有限,只有父子进程能通讯    

2.FIFO<有名管道>:任何进程间都能通讯,但速度慢    

3.消息队列:容量受到系统限制,存放在内核中、且要注意第一次读的时候,要考虑上一次没有读完数据的问题    

4.信号量:不能传递复杂消息,只能用来同步    

5.共享内存区:能够很容易控制容量,速度快,但要保持同步,比如一个进程在写的时候,另一个进程要注意读写的问题,相当于线程中的线程安全,当然,共享内存区同样可以用作线程间通讯,不过没这个必要,线程间本来就已经共享了同一进程内的一块内存

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