Linux 进程间通讯

时间 2019-11-30

标签 linux 进程通讯栏目 Linux 繁體版

原文原文链接

进程间通讯的目的

数据交换
状态同步
事件通知
资源共享
进程控制

通常来将进程之间的通讯根据内容能够划分为两种，一种是传输控制信息，另外一种是传输大量的数据。通常控制信息只有一个或几个字节，用来达到进程控制操做的高速执行（好比利用信号量实现进程同步）;大量数据的传输通常用于进程之间信息的交换（CS架构中，客户端和服务器之间大量数据的交互）[4]。php

发展过程

Linux中进程间通讯（IPC）是从Unix中衍生过来的，最初的Unix具有管道、FIFO、信号，后来通过贝尔实验室和BSD（加州大学伯克利分校的伯克利软件发布中心）的拓展造成了如今的进程通讯基础。html

贝尔实验室对早期的Unix进程通讯方式进行了拓展，造成了“System V IPC”, 通讯局限于单个计算机内；BSD打破了该限制，造成了基于套接字的进程间通讯机制。而Linux将二者间的特点都继承了下来，同时它还兼容POSIX IPC标准（目前POSIX标准更加通用一些）。node

通讯方式

管道
信号
消息队列
信号量
共享内存
套接字

管道(Pipe)

管道是Unix对操做系统的贡献之一，它是一个环形缓冲区，容许两个进程之间以生产者/消费者的模式进行通信，是一个先进先出的队列[2]。linux

管道是一种半双工的通讯方式（消息只能单向传输)。数据传输方式似于流式传输，不提供随机访问，进程之间要约定一套数据协议来解析传输的数据[5]。数据由操做系统缓冲，直到接收方从中读取[1]，它能够像文件描述符同样去经过select，poll和epoll函数去监听。docker

管道在创建过程当中须要双方进行协同操做（有些API中打开管道过程当中会阻塞，直到双方都执行了打开操做），不能独立于进程而存在。缓存

管道分为匿名管道和命名管道（Named Pipe）:匿名管道只有亲缘关系的进程（父进程与子进程之间，或子进程与子进程之间）能够共享;没有亲缘关系的进程之间只能经过命名管道通讯。服务器

FIFO（first-in first-out special file, named pipe）在Linux中属于一种命名管道。经过绑定文件系统中指定文件来代替标准的输入输出[1]，容许多个进程访问。网络

Unix中对管道自动采起互斥保护措施，每次只有一个进程能访问管道[2]。架构

信号（signal）

信号是用于向一个进程通知某种事件的发生。除了进程间通讯外还能够发送给进程自己。由于没法利用信号传输数据，因此信号主要用于进程管理上。并发

Unix中内核平等的对待全部的信号，对于同时发生的信号，一次只给进程一个信号，而没有特定的顺序。进程间能够互相发送信号，内核在内部也可能发送信号[2]。

咱们常用的 Ctrl+C 就是发送一个退出的信号给某一进程。

消息（Message）队列

消息队列的功能相似于信箱，它也能够在没有亲缘关系的进程之间去使用，在双方没有直接链接的状况下进行通讯[1]。消息队列是直接面对消息的，消息的发送者指定发送的消息的类型和大小，消息的接收者指定消息接收的方式（先进先出的规则或指定的消息类型）。

克服了信号承载信息量少和管道只能承载无格式字节流的缺点，能够实现进程之间多对一的通讯（C/S模式）。即便是接收者没有打开消息队列，发送者仍然能够打开队列发送消息而不阻塞，不须要额外的同步操做，能够避免管道中的打开和读写阻塞问题。

消息队列中存储的消息数量是有上限的，同时每一条消息的大小也是有上限的。

共享内存

多个进程将同一个共享的内存段映射到本身的进程资源中，向同一段内存中读写数据来进行数据交互，是进程之间通讯速度最快的一种方式，常常与其余通讯机制(信号量)混合使用来达到进程间通讯的目的[5]。

Pipe和FIFO以及消息队列在交互信息的时候都须要经过内核拷贝的方式--将数据从发送方拷贝到内核缓存，再从内核缓存中拷贝到接收方[6]，一次通讯要COPY两次。而共享内存则不须要经过内核拷贝，因此速度上要比Pipe、FIFO和消息队列快一些。

共享内存一般会在实时性要求比较高的业务状况下使用，好比金融系统中，但涉及到分布式的服务，常常须要跨主机的状况共享内存不太适合。

套接字（Socket）

经常使用于跨主机的进程通讯，由BSD最先提供，后来被linux所吸取。它有经过网络端口跨主机通讯的TCP/IP socket（面向流数据）和UDP socket（面向消息），也有UNIX domain socket这种只能在本地使用的类型。

Unix domain socket 相似于TCP/IP互联网套接字，但全部通讯都在内核中进行,使用文件系统做为其地址空间。进程作为inode来使用一个Unix domain socket，而且多个进程能够与同一个套接字进行通讯（docker服务监听本地请求就是经过Unix domain socket）[1]。

进程之间可使用socket进行双向通讯。

信号量

用于不一样进程之间，或者同一进程中不一样线程之间同步的通讯机制。采用PV原语来实现。

参考连接

[1] https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Inter-process_communication&oldid=833805357
[2] 《操做系统与精髓》 6.7 Unix的并发机制
[3] https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/index.html
[4] 《计算机操做系统教程》清华版第3版张尧学 3.7 进程间通讯
[5] https://www.ibm.com/developerworks/cn/aix/library/au-spunix_sharedmemory/
[6] http://www.kohala.com/start/unpv22e/unpv22e.chap12.pdf