【Linux】进程间通信

朱雀 2023-07-24 09:24 87阅读 0赞

什么是进程间通信？进程间通信有哪几种方式？下面就针对这两个问题进行简单的梳理。

#### 1. 进程间通信 / IPC ####

*  操作系统为用户提供的几种进程间通信方式。

**1.1 为什么操作系统要提供给进程间通信方式给用户？**

*  进程间具有独立性（每个进程间只能访问自己的虚拟地址），无法直接沟通，因此需要操作系统提供公共的媒介。

**1.2 通信场景**

*  数据传输、数据共享、进程控制

**1.3 进程间通信方式**

*  管道、共享内存、消息队列、信号量

#### 2. 管道：用于进程间的数据传输 ####

*  把从一个进程连接到另一个进程的一个数据流称为一个"管道"；
 *  本质：内核中的一块缓冲区，多个进程通过访问同一块缓冲区实现通信；
 *  分类：匿名管道 / 命名管道。

**2.1 匿名管道**

*  一个进程通过系统调用在内核中创建了一个管道（缓冲区），并且调用返回管道的操作句柄，但是，内核中的这块缓冲区没有标识符，只能通过子进程复制父进程的方式获取到管道的操作句柄（文件描述符），进而访问同一块缓冲区。
 *  特性：只能用于具有亲缘关系的进程间通信。

**2.2 命名管道**

*  内核中的这块缓冲区有一个标识符，这个标识符是一个可见于文件系统的管道文件。
 *  特性：可用于同一主机上的任意进程间通信。

【 匿名与命名区别】

1.  匿名：只能用于具有亲缘关系的进程间通信(没有标识符)；
2.  命名：可用于任意同一主机进程间通信(标识符是一个管道文件)。

【管道特性】

1.  半双工通信；
2.  管道的生命周期随进程；
3.  管道自带同步与互斥；
4.  管道提供字节流传输服务；

#### 3. 共享内存：用于进程间的数据共享 ####

*  特性：最快的进程间通信方式。

【实现原理】

1.  在物理内存中开辟一块空间----这块空间在内核中是具有标识的；
2.  将这块空间通过页表映射到自己的虚拟地址空间中；
3.  通过虚拟地址进行内存操作；
4.  解除映射关系；
5.  删除共享内存。

//1.在物理内存中开辟一块空间
    int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg); 
    
    key：共享内存在内核中的标识，其它进程通过相同的标识打开同一个内存
    size：共享内存大小
    shmflg：标志位  IPC_CREAT | IPC_EXCL 
    返回值：成功返回共享内存的操作句柄，失败返回 -1
    
    
    //2.映射
    void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
    
    shmid：操作句柄
    shmaddr：映射首地址，通常置空
    shmflg：当前映射方式
    返回值：错误返回（void*）-1
    
    
    //3.解除映射关系
    int shmdt(const void *shmaddr); //传入映射首地址
    
    //4.删除共享内存
    int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
    shmid：操作句柄
    cmd：对齐所要的操作  常用：IPC_RMTID 删除共享内存
    struct shmid_ds *buf：获取或buf设置，取决于cmd

#### 4. 消息队列：用于进程间的数据块传输 ####

*  本质:内核中的一个优先级队列，多个进程通过向同一个队列中放置队列节点或获取节点实现通信。

【实现原理】

*  在内核中创建消息队列；
 *  向队列中添加节点；
 *  从队列中获取节点；
 *  删除消息队列。

【特性】

1.  消息队列自带同步与互斥；
2.  传输有类型的数据块；
3.  数据不会粘连；(即两条数据不会粘到一起发送)
4.  生命周期随内核。

##### 5. 信号量：用于实现进程间的同步与互斥 #####

*  本质：内核中一个原子操作的计数器，等待队列。
 *  互斥：通过同一时间对临界资源只有一个进程能够访问，实现数据的安全操作----数据访问的安全性；
 *  同步：通过一些条件判断实现对临界资源的有序访问----数据访问的合理性。

【信号的PV原语】

*  p操作：对计数进行判断，然后进行-1,若没有资源则等待；
 *  v操作：对计数进行+1，唤醒等待队列中的挂起的进程。