进程通信:
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。
1. 匿名管道通信
匿名管道(pipe):管道是一种半双工的通信方式,数据只能单向流动,而却只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
// 需要的头文件 #include <unistd.h> // 通过pipe()函数来创建匿名管道 // 返回值:成功返回0,失败返回-1 // fd参数返回两个文件描述符 // fd[0]指向管道的读端,fd[1]指向管道的写端 // fd[1]的输出是fd[0]的输入。 int pipe (int fd[2])
通过匿名管道实现进程间通信的步骤如下:
父进程创建管道,得到两个⽂件描述符指向管道的两端
进程fork出子进程,⼦进程也有两个⽂件描述符指向同⼀管道。
进程关闭fd[0],子进程关闭fd[1],即⽗进程关闭管道读端,⼦进程关闭管道写端(因为管道只支持单向通信)。⽗进程可以往管道⾥写,⼦进程可以从管道⾥读,管道是⽤环形队列实现的,数据从写端流⼊从读端流出,这样就实现了进程间通信。
匿名管道的特点:
- 管道只允许具有血缘关系的进程间通信,如父子进程间的通信。
- 管道只允许单向通信。
- 管道内部保证同步机制,从而保证访问数据的一致性。
- 面向字节流
- 管道随进程,进程在管道在,进程消失管道对应的端口也关闭,两个进程都消失管道也消失。
2 高级管道通信
高级管道(popen):将另一个程序当做一个新的进程在当前程序进程中启动,则它算是当前程序的子进程,这种方式我们成为高级管道方式。
3 有名管道通信
有名管道 (named pipe) : 有名管道也是半双工的通信方式,但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
4 消息队列通信
消息队列( message queue ) : 消息队列是由消息的链表,存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
用户可以从消息队列中读取数据和添加消息,其中发送进程添加消息到队列的末尾,接收进程在队列的头部接收消息,消息一旦被接收,就会从队列中删除。和FIFO有点类似,但是它可以实现消息的随机查询,比FIFO具有更大的优势(比如按消息的类型字段取消息)。
5 信号量通信
信号量( semophore ) : 信号量是一个计数器,可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制,防止某进程正在访问共享资源时,其他进程也访问该资源。因此,主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
信号量本质上是一个计数器(不设置全局变量是因为进程间是相互独立的,而这不一定能看到,看到也不能保证++引用计数为原子操作),用于多进程对共享数据对象的读取,它和管道有所不同,它不以传送数据为主要目的,它主要是用来保护共享资源(信号量也属于临界资源),使得资源在一个时刻只有一个进程独享。
信号量工作原理
由于信号量只能进行两种操作等待和发送信号,即P(sv)和V(sv),他们的行为是这样的:
(1)P(sv):如果sv的值大于零,就给它减1;如果它的值为零,就挂起该进程的执行
(2)V(sv):如果有其他进程因等待sv而被挂起,就让它恢复运行,如果没有进程因等待sv而挂起,就给它加1.
在信号量进行PV操作时都为原子操作(因为它需要保护临界资源)
二元信号量
二元信号量(Binary Semaphore)是最简单的一种锁(互斥锁),它只用两种状态:占用与非占用。所以它的引用计数为1。
进程如何获得共享资源
(1)测试控制该资源的信号量
(2)信号量的值为正,进程获得该资源的使用权,进程将信号量减1,表示它使用了一个资源单位
(3)若此时信号量的值为0,则进程进入挂起状态(进程状态改变),直到信号量的值大于0,若进程被唤醒则返回至第一步。
6 信号
信号 ( sinal ) : 信号是一种比较复杂的通信方式,用于通知接收进程某个事件已经发生。
7 共享内存通信
共享内存就是允许两个或多个进程共享一定的存储区。就如同 malloc() 函数向不同进程返回了指向同一个物理内存区域的指针。当一个进程改变了这块地址中的内容的时候,其它进程都会察觉到这个更改。因为数据不需要在客户机和服务器端之间复制,数据直接写到内存,不用若干次数据拷贝,所以这是最快的一种IPC。
注:共享内存没有任何的同步与互斥机制,所以要使用信号量来实现对共享内存的存取的同步。
使用共享内存的优缺点
优点:我们可以看到使用共享内存进行进程间的通信真的是非常方便,而且函数的接口也简单,数据的共享还使进程间的数据不用传送,而是直接访问内存,也加快了程序的效率。同时,它也不像匿名管道那样要求通信的进程有一定的父子关系(system V版本共有)
缺点:共享内存没有提供互斥同步的机制,这使得我们在使用共享内存进行进程间通信时,往往要借助其他的手段比如信号量等来进行进程间的同步工作。
8 套接字通信
套接字( socket ) : 套接口也是一种进程间通信机制,与其他通信机制不同的是,它可用于不同机器间的进程通信。