盤點(diǎn)Linux進(jìn)程間通信的6種不同方式

Linux進(jìn)程間基本的通信方式主要有：管道(pipe)(包括匿名管道和命名管道)、信號(hào)(signal)、消息隊(duì)列(queue)、共享內(nèi)存、信號(hào)量和套接字。

進(jìn)程的概念

進(jìn)程是操作系統(tǒng)的概念，每當(dāng)我們執(zhí)行一個(gè)程序時(shí)，對(duì)于操作系統(tǒng)來講就創(chuàng)建了一個(gè)進(jìn)程,在這個(gè)過程中，伴隨著資源的分配和釋放?？梢哉J(rèn)為進(jìn)程是一個(gè)程序的一次執(zhí)行過程。

進(jìn)程通信的概念

進(jìn)程用戶空間是相互獨(dú)立的，一般而言是不能相互訪問的。但很多情況下進(jìn)程間需要互相通信，來完成系統(tǒng)的某項(xiàng)功能。進(jìn)程通過與內(nèi)核及其它進(jìn)程之間的互相通信來協(xié)調(diào)它們的行為。

進(jìn)程通信的應(yīng)用場(chǎng)景

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)到幾兆字節(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)的修改，別的進(jìn)程應(yīng)該立刻看到。

通知事件：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。

進(jìn)程通信的方式

1.管道

管道分為有名管道和無名管道

無名管道是一種半雙工的通信方式,數(shù)據(jù)只能單向流動(dòng),而且只能在具有親緣關(guān)系的進(jìn)程間使用.進(jìn)程的親緣關(guān)系一般指的是父子關(guān)系。無明管道一般用于兩個(gè)不同進(jìn)程之間的通信。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建了一個(gè)管道,并調(diào)用fork創(chuàng)建自己的一個(gè)子進(jìn)程后,父進(jìn)程關(guān)閉讀管道端,子進(jìn)程關(guān)閉寫管道端,這樣提供了兩個(gè)進(jìn)程之間數(shù)據(jù)流動(dòng)的一種方式。

有名管道也是一種半雙工的通信方式,但是它允許無親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信。

2.信號(hào)量

信號(hào)量是一個(gè)計(jì)數(shù)器,可以用來控制多個(gè)線程對(duì)共享資源的訪問.,它不是用于交換大批數(shù)據(jù),而用于多線程之間的同步.它常作為一種鎖機(jī)制,防止某進(jìn)程在訪問資源時(shí)其它進(jìn)程也訪問該資源.因此,主要作為進(jìn)程間以及同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)不同線程之間的同步手段.

Linux提供了一組精心設(shè)計(jì)的信號(hào)量接口來對(duì)信號(hào)進(jìn)行操作，它們不只是針對(duì)二進(jìn)制信號(hào)量，下面將會(huì)對(duì)這些函數(shù)進(jìn)行介紹，但請(qǐng)注意，這些函數(shù)都是用來對(duì)成組的信號(hào)量值進(jìn)行操作的。它們聲明在頭文件sys/sem.h中。

semget函數(shù)

它的作用是創(chuàng)建一個(gè)新信號(hào)量或取得一個(gè)已有信號(hào)量

semop函數(shù)

它的作用是改變信號(hào)量的值

semctl函數(shù)

該函數(shù)用來直接控制信號(hào)量信息

3.信號(hào)

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.

4.消息隊(duì)列

消息隊(duì)列是消息的鏈表,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,管道只能承載無格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等特點(diǎn).消息隊(duì)列是UNIX下不同進(jìn)程之間可實(shí)現(xiàn)共享資源的一種機(jī)制,UNIX允許不同進(jìn)程將格式化的數(shù)據(jù)流以消息隊(duì)列形式發(fā)送給任意進(jìn)程.對(duì)消息隊(duì)列具有操作權(quán)限的進(jìn)程都可以使用msget完成對(duì)消息隊(duì)列的操作控制.通過使用消息類型,進(jìn)程可以按任何順序讀信息,或?yàn)橄才艃?yōu)先級(jí)順序.

5.共享內(nèi)存

共享內(nèi)存就是映射一段能被其他進(jìn)程所訪問的內(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)程都可以訪問.共享內(nèi)存是最快的IPC(進(jìn)程間通信)方式,它是針對(duì)其它進(jìn)程間通信方式運(yùn)行效率低而專門設(shè)計(jì)的.它往往與其他通信機(jī)制,如信號(hào)量,配合使用,來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步與通信.

6.套接字

socket，即套接字是一種通信機(jī)制，憑借這種機(jī)制，客戶/服務(wù)器(即要進(jìn)行通信的進(jìn)程)系統(tǒng)的開發(fā)工作既可以在本地單機(jī)上進(jìn)行，也可以跨網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。也就是說它可以讓不在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)但通過網(wǎng)絡(luò)連接計(jì)算機(jī)上的進(jìn)程進(jìn)行通信。也因?yàn)檫@樣，套接字明確地將客戶端和服務(wù)器區(qū)分開來。

套接字的特性由3個(gè)屬性確定，它們分別是：域、類型和協(xié)議。