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都有哪些进程间通信方式?麻烦你不要再背了

准备面试的过程中,可能由于时间比较紧,市面上大量的面经扑面而来,面经确实可在兵荒马乱之时有用武之地,不过是短暂的,下面给大家分享下进程间的几种通信方式。

1 管道

学习软件工程规范的时候,我们知道瀑布模型,在整个项目开发过程分为多个阶段,上一阶段的输出作为下一阶段的输入。各个阶段的具体内容如下图所示

最初我们在学习Linux基本命令使用的时候,我们经常通过多个命令的组合来完成我们的需求。比如说我们想知道如何查看进程或者端口是否在使用,会使用下面的这条命令

这里的"|"实际上就是管道的意思。"|"前面部分作为"|"后面的输入,很明显是单向的传输,这样的管道我们叫做"匿名管道",自行创建和销毁。既然有匿名管道,应该就有带名字的管道"命名管道"。如果你想双向传输,可以考虑使用两个管道拼接即可。

创建命名管道的方式

test即为管道的名称,在Linux中一切皆文件,管道也是以文件的方式存在,咋们可以使用ls -l 查看下文件的属性,它会"p"标识。

下面我们向管道写入内容

echo "666" > test

此时按道理来说咋们已经将内容写入了test,没有直接输出是因为我们需要开启另一个终端进行输出(可以理解为暂存管道)

cat < test

ok,我们发现管道内容被读出来,同时echo退出。那么管道这种通信方式有什么缺点?我们知道瀑布模型的软件开发模式是非常低下的,同理采用管道进行通信的效率也很低,因为假设现在有AB两个进程,A进程将数据写入管道,B进程需要等待A进程将信息写完以后才能读出来,所以这种方案不适合频繁的通信。那优点是什么?

最明显的优点就是简单,我们平时经常使用以致于都不知道这是管道。鉴于上面的缺点,我们怎么去弥补呢?接着往下看

2 消息队列

管道通信属于一股脑的输入,能不能稍微温柔点有规矩点的发送消息?

答:可以的。消息队列在发送数据的时候,按照一个个独立单元(消息体)进行发送,其中每个消息体规定大小块,同时发送方和接收方约定好消息类型或者正文的格式。

在管道中,其大小受限且只能承载无格式字节流的方式,而消息队列允许不同进程以消息队列的形式发送给任意的进程。

但是当发送到消息队列的数据太大,需要拷贝的时间也就越多,所以还有其他的方式?继续看

3 共享内存

使用消息队列可以达到不错的效果,但是如果我们两个部门需要交换比较大的数据的时候,一发一收还是不能及时的感知数据。能不能更好的办法,双方能很快的分享内容数据,答:有的,共享内存

我们知道每个进程都有自己的虚拟内存空间,不同的进程映射到不同的物理内存空间。那么我们可不可以申请一块虚拟地址空间,不同进程通过这块虚拟地址空间映射到相同的屋里地址空间呢?这样不同进程就可以及时的感知进程都干了啥,就不需要再拷贝来拷贝去。

我们可以通过shmget创建一份共享内存,并可以通过ipcs命令查看我们创建的共享内存。此时如果一个进程需要访问这段内存,需要将这个内存加载到自己虚拟地址空间的一个位置,让内核给它一个合法地址。使用完毕接触板顶并删除内存对象。

那么问题来了,这么多进程都共享这块内存,如果同时都往里面写内容,难免会出现冲突的现象,比如A进程写了数字5,B进程同样的地址写了6就直接给覆盖了,这样就不友好了,怎么办?继续往下看

4 信号量

为了防止冲突,我们得有个约束或者说一种保护机制。使得同一份共享的资源只能一个进程使用,这里就出现了信号量机制。

信号量实际上是一个计数器,这里需要注意下,信号量主要实现进程之间的同步和互斥,而不是存储通信内容。

信号量定义了两种操作,p操作和v操作,p操作为申请资源,会将数值减去M,表示这部分被他使用了,其他进程暂时不能用。v操作是归还资源操作,告知归还了资源可以用这部分。

5 信号

从管道----消息队列-共享内存/信号量,有需要等待的管道机制,共享内存空间的进程通信方式,还有一种特殊的方式--信号

我们或许听说过运维或者部分开发需要7 * 24小时值守(项目需要上线的时候),当然也有各种监管,告警系统,一旦出现系统资源紧张等问题就会告知开发或运维人员,对应到操作系统中,这就是信号。

在操作系统中,不同信号用不同的值表示,每个信号设置相应的函数,一旦进程发送某一个信号给另一个进程,另一进程将执行相应的函数进行处理。也就是说先把可能出现的异常等问题准备好,一旦信号产生就执行相应的逻辑即可。

6 套接字

上面的几种方式都是单机情况下多个进程的通信方式,如果我想和相隔几千里的小姐姐通信怎么办?

这就需要套接字socket了。其实这玩意随处可见,我们平时的聊天,我们天天请求浏览器给予的响应等,都是这老铁。

7 总结

分享了一下几种进程间通信方式,希望大家能知其然并知其所以然,机械式的记忆容易忘记哦。

  • 管道
  • 消息队列
  • 共享内存
  • 信号量
  • 信号
  • 套接字

本文分享自微信公众号 - 我是程序员小贱(Lanj1995Q),作者:L的存在

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原始发表时间:2020-07-20

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