23、【Linux系统编程】进程间通信的几种方式

一、进程间通信概述

1、进程间通信的目的

传输数据
　　一个进程须要将它的数据发送给还有一个进程。发送的数据量在一个字节到几M字节之间

共享数据
　　多个进程想要操作共享数据，一个进程对共享数据

通知事件
　　一个进程须要向还有一个或一组进程发送消息。通知它（它们）发生了某种事件（如进程终止时要通知父进程）。

资源共享
　　多个进程之间共享相同的资源。为了作到这一点，须要内核提供锁和同步机制。

进程控制
　　有些进程希望全然控制还有一个进程的执行（如Debug进程），此时控制进程希望能够拦截还有一个进程的全部陷入和异常，并能够及时知道它的状态改变。

2、Linux 进程间通信（IPC）的发展

　　linux下的进程通信手段基本上是从Unix平台上的进程通信手段继承而来的。而对Unix发展做出重大贡献的两大主力AT&T的贝尔实验室及BSD（加州大学伯克利分校的伯克利软件公布中心）在进程间通信方面的側重点有所不同。前者对Unix早期的进程间通信手段进行了系统的改进和扩充，形成了“system V IPC”。通信进程局限在单个计算机内；后者则跳过了该限制，形成了基于套接口（socket）的进程间通信机制。

Linux则把两者继承了下来

• 早期UNIX进程间通信

• 基于System V进程间通信

• 基于Socket进程间通信

• POSIX进程间通信。

UNIX进程间通信方式包含：管道、FIFO、信号。

System V进程间通信方式包含：System V消息队列、System V信号灯、System V共享内存

POSIX进程间通信包含：posix消息队列、posix信号灯、posix共享内存。

因为Unix版本号的多样性，电子电气project协会（IEEE）开发了一个独立的Unix标准，这个新的ANSI Unix标准被称为计算机环境的可移植性操作系统界面（PSOIX）。

现有大部分Unix和流行版本号都是遵循POSIX标准的。而Linux从一開始就遵循POSIX标准；

二、linux使用的进程间通信方式

1. 管道（pipe）：流管道(s_pipe)和有名管道（FIFO）

2. 信号（signal）

3. 消息队列

4. 共享内存

5. 信号量

6. 套接字（socket)

1、管道(pipe)

管道这样的通讯方式有两种限制，一是半双工的通信，数据仅仅能单向流动，二是仅仅能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系一般是指父子进程关系。

流管道s_pipe: 去除了第一种限制,能够双向传输.

管道可用于具有亲缘关系进程间的通信。

有名管道（FIFO）:name_pipe克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外。它还同意无亲缘关系进程间的通信；

2、信号量（semophore）

信号量是一个计数器，能够用来控制多个进程对共享资源的訪问。

它常作为一种锁机制。防止某进程正在訪问共享资源时。其它进程也訪问该资源。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。

信号是比較复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还能够发送信号给进程本身。linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外，还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction（实际上，该函数是基于BSD的，BSD为了实现可靠信号机制。又能够统一对外接口，用sigaction函数又一次实现了signal函数）；

3、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、管道仅仅能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

消息队列是消息的链接表。包含Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程能够向队列中加入消息，被赋予读权限的进程则能够读走队列中的消息。

4、信号（singal）

信号是一种比較复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。

主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。

5、共享内存（shared memory）

共享内存就是映射一段能被其它进程所訪问的内存。这段共享内存由一个进程创建。但多个进程都能够訪问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其它进程间通信方式执行效率低而专门设计的。

它往往与其它通信机制。如信号量，配合使用。来实现进程间的同步和通信。

使得多个进程能够訪问同一块内存空间。是最快的可用IPC形式。

是针对其它通信机制执行效率较低而设计的。往往与其它通信机制，如信号量结合使用。来达到进程间的同步及相互排斥。

6、套接字（socket）

套解口也是一种进程间通信机制，与其它通信机制不同的是。它可用于不同机器间的进程通信

起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的，但如今一般能够移植到其它类Unix系统上：Linux和System V的变种都支持套接字。

各种通信方式的比較和优缺点

1. 管道：速度慢。容量有限，仅仅有父子进程能通讯

2. FIFO：不论什么进程间都能通讯，但速度慢

3. 消息队列：容量受到系统限制，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，仅仅能用来同步

5. 共享内存区：能够非常easy控制容量，速度快，但要保持同步，比方一个进程在写的时候。还有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。共享内存区相同能够用作线程间通讯，只是没这个必要，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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