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多进程编程知识汇总,附代码例子!

什么是进程

1、进程和线程的区别

进程是指正在运行的程序,它拥有独立的内存空间和系统资源,不同进程之间的数据不共享。进程是资源分配的基本单位。

线程是进程内的执行单元,它与同一进程内的其他线程共享进程的内存空间和系统资源。线程是调度的基本单位。

2、进程的创建和销毁

在Linux中启动一个进程有多种方法:

(1)通过system函数启动进程。(使用简单,效率较低)

例子:通过system函数启动一个进程,列出当前目录下的文件及文件夹。

(2)通过fork函数启动进程。(用于启动子进程)

例子:通过fork函数启动子进程

编译、运行:

我们使用了fork()系统调用来创建一个新进程。如果fork()返回值为0,则说明当前进程是子进程;如果返回值大于0,则说明当前进程是父进程。在父进程中,我们使用wait()系统调用来等待子进程结束。当子进程结束后,父进程会继续执行。

(3)通过exec系列函数启动进程。(用于启动新进程,新进程会覆盖旧进程)

例子:通过execl()函数的参数列表调用了ls命令程序

execl()函数的参数列表调用了ls命令程序,与在终端上运行”ls -la”产生的结果是一样的。

在Linux中终止一个进程有多种方法:

从main函数返回。(正常终止)

调用exit()函数终止。(正常终止)

调用_exit()函数终止。(正常终止)

调用abort()函数终止。(异常终止)

由系统信号终止。(异常终止)

进程间通信方式

进程间通信是指在不同进程之间传播或交换信息的一种机制。每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到,所以进程之间要交换数据必须通过内核,在内核中开辟一块缓冲区,进程A把数据从用户空间拷到内核缓冲区,进程B再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程间通信。

进程间通信的目的:

传输数据。比如进程 A 负责生成数据,进程 B 负责处理数据,数据需要从 A 进程传输至 B 进程。

共享资源。比如进程 A 与进程 B 共享某一块内存资源。

模块化。将系统功能划分为多个进程模块进行开发,方便开发维护。

加速计算。多核处理器环境,一个特定进程划分为几个进程并行运行。

Linux IPC(Inter-process Comminication, 进程间通信)的方式:

1、消息队列

内核中的一个优先级队列,多个进程通过访问同一个队列,进行添加结点或者获取结点实现通信。

POSIX消息队列头文件:

编译链接需要加上 链接。

消息队列API接口:

消息队列基本API接口使用例子:发送进程给接收进程发送测试数据。

send.c:

recv.c:

编译、运行:

2、共享内存

消息队列的读取和写入的过程,会有发生用户态与内核态之间的消息拷贝过程。而共享内存的方式则没有这个拷贝过程,进程间通信速度较快。

在物理内存上开辟一块内存空间,多个进程可以将同一块物理内存空间映射到自己的虚拟地址空间,通过自己的虚拟地址直接访问这块空间,通过这种方式实现数据共享。

POSIX共享内存头文件:

共享内存API接口:

共享内存基本API接口使用例子:发送进程给接收进程发送测试数据。

send.c:

recv.c:

编译、运行:

对具有多个处理核系统消息传递的性能要优于共享内存。共享内存会有高速缓存一致性问题,这是由共享数据在多个高速缓存之间迁移而引起的。随着系统的处理核的数量的日益增加,可能导致消息传递作为 IPC 的首选机制。

3、socket

UNIX域套接字与传统基于TCP/IP协议栈的socket不同,unix domain socket以文件系统作为地址空间,不需经过TCP/IP的头部封装、报文ack确认、路由选择、数据校验与重传过程,因此传输速率上也不会受网卡带宽的限制。

unix domain socket在进程间通信同样是基于“客户端—服务器”(C-S)模式。

UNIX域套接字基本API接口使用例子:基于UNIX域套接字客户端进程向服务端进程发送测试数据。

server.c:

client.c:

编译、运行:

类socket的其它进程间通信方式:

4、管道

在内核中开辟一块缓冲区;若多个进程拿到同一个管道(缓冲区)的操作句柄,就可以访问同一个缓冲区,就可以进行通信。涉及到两次用户态与内核态之间的数据拷贝。

(1)匿名管道

内核中的缓冲区是没有具体的标识符的,匿名管道只能用于具有亲缘关系的进程间通信。

调用pipe接口可以创建一个匿名管道,并返回了两个描述符,一个是管道的读取端描述符 ,另一个是管道的写入端描述符 。

管道是一个半双工通信(可以选择方向的单向传输)

匿名管道基本API接口使用例子:父进程通过管道发送测试数据给子进程。

编译、运行:

如果需要双向通信,则应该创建两个管道。

(2)命名管道

命名管道也是内核中的一块缓冲区,并且这个缓冲区具有标识符;这个标识符是一个可见于文件系统的管道文件,能够被其他进程找到并打开管道文件,则可以获取管道的操作句柄,所以该命名管道可用于同一主机上的任意进程间通信。

创建命名管道的接口:

命名管道基本API接口使用例子:一个进程往管道中写入测试数据,另一个进程从管道中读取数据。

fifo_wr.c:

fifo_rd.c:

编译、运行:

5、信号量

信号量(Seamphore)是进程和线程间同步的一种机制。

信号量本质是一个非负的整型变量。增加一个可用资源执行加一,也称为V操作;获取一个资源资源后执行减一,也称为P操作。

信号量根据信号值不同可分为两类:

二值信号量,信号量值只有0和1,初始值为1,1表示资源可用,0表示资源不可用;二值信号量与互斥锁类似。

计数信号量, 信号量的值在0到一个大于1的限制值之间,信号值表示可用的资源的数目。

信号量根据作用对象不同可分为两类:

有名信号量,信号值保存在文件中,用于进程间同步

无名信号量,又称为基于内存信号量,信号值保存在内存中,用于线程间同步

POSIX信号量头文件:

编译链接需要加-lpthread参数。

信号量API接口:

信号量基本API接口使用例子:父子进程间通信

编译、运行:

IPC总结

操作系统根据不同的场景提供了不同的方式,消息队列、共享内存、UNIX域套接字、管道、信号量。

内核中的一个优先级队列,多个进程通过访问同一个队列,在队列当中添加或者获取节点来实现进程间通信。

本质是一块物理内存,多个进程将同一块物理内存映射到自己的虚拟地址空间中,再通过页表映射到物理地址达到进程间通信,它是最快的进程间通信方式,相较其他通信方式少了两步数据拷贝操作。

与TCP/IP套接字使用方式相同,但UNIX域套接字以文件系统作为地址空间,不需经过TCP/IP的头部封装、报文ack确认、路由选择、数据校验与重传过程,因此传输速率上也不会受网卡带宽的限制。

内核中的一块缓冲区,分为匿名管道和命名管道。匿名管道只能用于具有亲缘关系的进程间;而命名管道可用于同一主机上任意进程间通信。

本质是内核中的一个计数器,主要实现进程间的同步与互斥,对资源进行计数,有两种操作,分别是在访问资源之前进行的p操作,还有产生资源之后的v操作。

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  • 原文链接https://page.om.qq.com/page/OBr0_P0D_vZOMRt4J1VZrcMg0
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