进程间通信方式

概述

进程通信(Interprocess Communication,IPC)是一个进程与另一个进程间共享消息的一种通信方式。消息(message)是发送进程形成的一个消息块,将消息内容传送给接收进程。IPC机制是消息从一个进程的地址空间拷贝到另一个进程的地址空间。


进程通信的目的

  • 数据传输
    一个进程需要将其数据发送给另一进程,发送的数据量在一个字节到几M字节之间。
  • 共享数据
    多个进程操作共享数据
  • 事件通知
    一个进程需要向另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
    多个进程之间共享同样的资源。为了作到这一点,需要内核提供锁和同步机制
  • 进程控制
    有些进程希望完全控制另一个进程的执行(如Debug进程),此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常,并能够及时知道它的状态改变。

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)

管道(pipe)

管道这种通讯方式有两种限制,一是半双工的通信,数据只能单向流动,二是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。

流管道s_pipe: 去除了第一种限制,可以双向传输(全双工).

管道可用于具有亲缘关系进程间的通信,命名管道: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,它还允许无亲缘关系进程间的通信;

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。

消息队列(message queue)

消息队列是由消息组成的链表,存放在内核中并由消息队列标识符标识
消息队列是消息的链接表,包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息,被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少,管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点

信号(singnal)

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。

主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。

共享内存(shared memory)

共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存,这段共享内存由一个进程创建,但多个进程都可以访问共享内存是最快的 IPC 方式,它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制,如信号量,配合使用,来实现进程间的同步和通信

套接字(socket)

套解字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。


各通信方式的比较和优缺点:

  1. 管道:速度慢,容量有限,只有父子进程能通讯
  2. FIFO:任何进程间都能通讯,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,消息队列可以不再局限于父子进程,而允许任意进程通过共享消息队列来实现进程间通信,并由系统调用函数来实现消息发送和接收之间的同步,从而使得用户在使用消息缓冲进行通信时不再需要考虑同步问题,使用方便,但是信息的复制需要额外消耗CPU的时间,不适宜于信息量大或操作频繁的场合。此种方法不太常用
  4. 信号量: 不能用来传递复杂消息,只能用来同步
  5. 共享内存:利用内存缓冲区直接交换信息,无须复制,快捷、信息量大是其优点。共享内存块提供了在任意数量的进程之间进行高效双向通信的机制。每个使用者都可以读取写入数据,但是所有程序之间必须达成并遵守一定的协议,以防止诸如在读取信息之前覆写内存空间等竞争状态的出现

进程间通信方式的选择

  • PIPE和FIFO(有名管道)用来实现进程间相互发送非常短小的、频率很高的消息,这两种方式通常适用于两个进程间的通信
  • 共享内存用来实现进程间共享的、非常庞大的、读写操作频率很高的数据;这种方法适用于多进程间的通信
  • 其他考虑用socket。主要应用在分布式开发中
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