Linux进程间通讯的几种方式总结--linux内核剖析（七）

进程间通讯概述

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进程通讯的目的

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• 传输数据
  一个进程需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
  多个进程想要操做共享数据，一个进程对共享数据

• 通知事
  一个进程需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。为了做到这一点，需要内核提供锁和同步机制。

• 进程控制
  有些进程但愿全然控制还有一个进程的执行（如Debug进程），此时控制进程但愿可以拦截还有一个进程的所有陷入和异常，并可以及时知道它的状态改变。

Linux 进程间通讯（IPC）的发展

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linux下的进程通讯手段基本上是从Unix平台上的进程通讯手段继承而来的。而对Unix发展作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）在进程间通讯方面的側重点有所不一样。

前者对Unix早期的进程间通讯手段进行了系统的改进和扩充，造成了“system V IPC”。通讯进程局限在单个计算机内；

后者则跳过了该限制，造成了基于套接口（socket）的进程间通讯机制。

Linux则把二者继承了下来

• 早期UNIX进程间通讯

• 基于System V进程间通讯

• 基于Socket进程间通讯

• POSIX进程间通讯。

UNIX进程间通讯方式包含：管道、FIFO、信号。

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

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

由于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做系统界面（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；

BSD并不是没有涉足单机内的进程间通讯（socket自己就可以用于单机内的进程间通讯）。

其实，很是多Unix版本号的单机IPC留有BSD的痕迹。如4.4BSD支持的匿名内存映射、4.3+BSD对可靠信号语义的实现等等。

linux使用的进程间通讯方式

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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 )

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管道这样的通信方式有两种限制，一是半双工的通讯，数据仅仅能单向流动，二是仅仅能在具备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.

管道可用于具备亲缘关系进程间的通讯。命名管道:name_pipe克服了管道没有名字的限制，所以，除具备管道所具备的功能外。它还赞成无亲缘关系进程间的通讯；

信号量( semophore )

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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訪问。

它常做为一种锁机制。防止某进程正在訪问共享资源时。其它进程也訪问该资源。所以，主要做为进程间以及同一进程内不一样线程之间的同步手段。

信号是比較复杂的通讯方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通讯外，进程还可以发送信号给进程自己。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。又可以统一对外接口，用sigaction函数又一次实现了signal函数）；

消息队列( message queue )

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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。

消息队列是消息的连接表。包含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加入消息，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，管道仅仅能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

信号 ( singal )

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信号是一种比較复杂的通讯方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。

主要做为进程间以及同一进程不一样线程之间的同步手段。

共享内存( shared memory )

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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建立。但多个进程都可以訪问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其它进程间通讯方式执行效率低而专门设计的。

它每每与其它通讯机制。如信号量，配合使用。来实现进程间的同步和通讯。

使得多个进程可以訪问同一块内存空间。是最快的可用IPC形式。

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

套接字( socket )

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套解口也是一种进程间通讯机制，与其它通讯机制不一样的是。它可用于不一样机器间的进程通讯

更为通常的进程间通讯机制。可用于不一样机器之间的进程间通讯。

起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的，但现在通常可以移植到其它类Unix系统上：Linux和System V的变种都支持套接字。

进程间通讯各类方式效率比較

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类型	无链接	可靠	流控制	记录消息类型	优先级
普通PIPE	N	Y	Y		N
流PIPE	N	Y	Y		N
命名PIPE(FIFO)	N	Y	Y		N
消息队列	N	Y	Y		Y
信号量	N	Y	Y		Y
共享存储	N	Y	Y		Y
UNIX流SOCKET	N	Y	Y		N
UNIX数据包SOCKET	Y	Y	N		N

注:无链接: 指无需调用某种形式的OPEN,就有发送消息的能力流控制:

假设系统资源短缺或者不能接收不少其它消息,则发送进程能进行流量控制

各类通讯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信

2. FIFO：不论什么进程间都能通信，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：可以很是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，至关于线程中的线程安全。固然。共享内存区相同可以用做线程间通信，只是没这个必要，线程间原本就已经共享了同一进程内的一块内存

假设用户传递的信息较少或是需要经过信号来触发某些行为．前文提到的软中断信号机制不失为一种简捷有效的进程间通讯方式．

但如果进程间要求传递的信息量比較大或者进程间存在交换数据的要求，那就需要考虑别的通讯方式了。

无名管道简单方便．但局限于单向通讯的工做方式．并且仅仅能在建立它的进程及其子孙进程之间实现管道的共享：

有名管道尽管可以提供给随意关系的进程使用．但是由于其长期存在于系统之中。使用不当easy出错．因此普通用户通常不建议使用。

消息缓冲可以再也不局限于父子进程。而赞成随意进程经过共享消息队列来实现进程间通讯，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讯时再也不需要考虑同步问题，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做频繁的场合。

共享内存针对消息缓冲的缺点改而利用内存缓冲区直接交换信息，无须复制。快捷、信息量大是其长处。

但是共享内存的通讯方式是经过将共享的内存缓冲区直接附加到进程的虚拟地址空间中来实现的，所以。这些进程之间的读写操做的同步问题操做系统没法实现。必须由各进程利用其它同步工具解决。另外，由于内存实体存在于计算机系统中。因此仅仅能由处于同一个计算机系统中的诸进程共享。

不方便网络通讯。

共享内存块提供了在随意数量的进程之间进行高效双向通讯的机制。

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照必定的协议，以防止诸如在读取信息以前覆写内存空间等竞争状态的出现。

不幸的是，Linux没法严格保证提供对共享内存块的独占訪问，甚至是在您经过使用IPC_PRIVATE建立新的共享内存块的时候也不能保证訪问的独占性。 同一时候，多个使用共享内存块的进程之间必须协调使用同一个键值。