linux下進程間通信的幾種主要方式:管道(pipe)和有名管道(FIFO)、信號(signal)、消息隊列、共享內(nèi)存(shared memory)、信號量(semaphore)、套接字(socket),本文對這些做簡單介紹
進程間通信的目的
數(shù)據(jù)傳輸:一個進程需要將它的數(shù)據(jù)發(fā)送給另一個進程,發(fā)送的數(shù)據(jù)量在一個字節(jié)到幾兆字節(jié)之間。
共享數(shù)據(jù):多個進程想要操作共享數(shù)據(jù),一個進程對共享數(shù)據(jù)的修改,別的進程應該立刻看到。
通知事件:一個進程需要向另一個或一組進程發(fā)送消息,通知它(它們)發(fā)生了某種事件(如進程終止時要通知父進程)。
資源共享:多個進程之間共享同樣的資源。為了作到這一點,需要內(nèi)核提供鎖和同步機制。
進程控制:有些進程希望完全控制另一個進程的執(zhí)行(如Debug進程),此時控制進程希望能夠攔截另一個進程的所有陷入和異常,并能夠及時知道它的狀態(tài)改變。
進程通信方式
linux下進程間通信的幾種主要方式:
(1)管道(pipe)和有名管道(FIFO)
(2)信號(signal)
(3)消息隊列
(4)共享內(nèi)存(shared memory)
(5)信號量(semaphore)
(6)套接字(socket)
管道
管道(pipe)及有名管道(named pipe):管道可用于具有親緣關系進程間的通信,有名管道克服了管道沒有名字的限制,因此,除具有管道所具有的功能外,它還允許無親緣關系進程間的通信。
管道是單向的、先進先出的、無結(jié)構(gòu)的、固定大小的字節(jié)流,它把一個進程的標準輸出和另一個進程的標準輸入連接在一起。寫進程在管道的尾端寫入數(shù)據(jù),讀進程在管道的首端讀出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀出后將從管道中移走,其它讀進程都不能再讀到這些數(shù)據(jù)。管道提供了簡單的流控制機制。進程試圖讀空管道時,在有數(shù)據(jù)寫入管道前,進程將一直阻塞。同樣,管道已經(jīng)滿時,進程再試圖寫管道,在其它進程從管道中移走數(shù)據(jù)之前,寫進程將一直阻塞。通常有種限制,一是半雙工,只能單向傳輸;二是只能在父子進程間使用。
有名管道(也叫FIFO,因為管道工作在先入先出的原則下,第一個寫入管道的數(shù)據(jù)也是第一個被讀出的數(shù)據(jù))。與管道不同,F(xiàn)IFO不是臨時的對象,它們是文件系統(tǒng)中真正的實體,可以用mkfifo命令創(chuàng)建。只要有合適的訪問權限,進程就可以使用FIFO。FIFO的打開方式和管道稍微不同。一個管道(它的兩個file數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、VFS I節(jié)點和共享數(shù)據(jù)頁)是一次性創(chuàng)建的,而FIFO已經(jīng)存在,可以由它的用戶打開和關閉。Linux必須處理在寫進程打開FIFO之前讀進程對它的打開,也必須處理在寫進程寫數(shù)據(jù)之前讀進程對管道的讀。除此以外,F(xiàn)IFO幾乎和管道的處理完全一樣,而且它們使用一樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作。
信號
信號(signal):信號是比較復雜的通信方式,用于通知接受進程有某種事件發(fā)生,除了用于進程間通信外,進程還可以發(fā)送信號給進程本身;linux除了支持Unix早期信號語義函數(shù)sigal外,還支持語義符合Posix.1標準的信號函數(shù)sigaction(實際上,該函數(shù)是基于BSD的,BSD為了實現(xiàn)可靠信號機制,又能夠統(tǒng)一對外接口,用sigaction函數(shù)重新實現(xiàn)了signal函數(shù))。
信號是在軟件層次上對中斷機制的一種模擬,是一種異步通信方式。
信號可以直接進行用戶空間進程和內(nèi)核進程之間的交互,內(nèi)核進程也可以利用它來通知用戶空間進程發(fā)生了哪些系統(tǒng)事件。它可以在任何時候發(fā)給某一進程,而無需知道該進程的狀態(tài)。
如果該進程當前并未處于執(zhí)行態(tài),則該信號就由內(nèi)核保存起來,直到該進程恢復執(zhí)行再傳遞給它;如果一個信號被進程設置為阻塞,則該信號的傳遞被延遲,直到其阻塞被取消時才被傳遞給進程 。
進程執(zhí)行信號的方式:
忽略信號,即對信號不做任何處理,其中,有兩個信號不能忽略:SIGKILL及SIGSTOP。
捕捉信號,定義信號處理函數(shù),當信號發(fā)生時,執(zhí)行相應的處理函數(shù)。
執(zhí)行缺省操作,Linux對每種信號都規(guī)定了默認操作。
消息隊列
消息隊列:消息隊列是消息的鏈接表,包括Posix消息隊列System V消息隊列。有足夠權限的進程可以向隊列中添加消息,被賦予讀權限的進程則可以讀走隊列中的消息。消息隊列克服了信號承載信息量少,管道只能承載無格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺點。
消息隊列的實現(xiàn)包括創(chuàng)建或打開消息隊列、添加消息、讀取消息和控制消息隊列這四種操作:
創(chuàng)建或打開消息隊列使用的函數(shù)是msgget,這里創(chuàng)建的消息隊列的數(shù)量會受到系統(tǒng)消息隊列數(shù)量的限制。
添加消息使用的函數(shù)是msgsnd函數(shù),它把消息添加到已打開的消息隊列末尾。
讀取消息使用的函數(shù)是msgrcv,它把消息從消息隊列中取走,與FIFO不同的是,這里可以指定取走某一條消息。
控制消息隊列使用的函數(shù)是msgctl,它可以完成多項功能。
信號量/信號燈