深入理解Linux进程间通讯（IPC）

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发布中心）在进程间通讯方面的侧重点有所不一样。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，如图 示：基于java反射的验证框架

其中，最初Unix IPC包括：管道、FIFO、信号；System V IPC包括：System V消息队列、System V信号灯、System V共享内存区；Posix IPC包括： Posix消息队列、Posix信号灯、Posix共享内存区。有两点须要简单说明一下：1）因为Unix版本的多样性，电子电气工程协会（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和流行版本都是遵循POSIX标准的，而Linux从一开始就遵 循POSIX标准；2）BSD并非没有涉足单机内的进程间通讯（socket自己就能够用于单机内的进程间通讯）。事实上，不少Unix版本的单机 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。

图一给出了linux 所支持的各类IPC手段，在本文接下来的讨论中，为了不概念上的混淆，在尽量少说起Unix的各个版本的状况下，全部问题的讨论最终都会归结到 Linux环境下的进程间通讯上来。而且，对于Linux所支持通讯手段的不一样实现版本（如对于共享内存来讲，有Posix共享内存区以及System V共享内存区两个实现版本），将主要介绍Posix API。

linux下进程间通讯的几种主要手段简介：

1. 管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用于具备亲缘关系进程间的通讯，有名管道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，它还容许无亲缘关系进程间的通讯；
2. 信号（Signal）：信号是比较复杂的通讯方式，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，进程还能够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函数从新实现了signal 函数）；
3. 报文（Message）队列（消息队列）：消息队列是消息的连接表，包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程能够向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则能够读走队列中的消息。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。
4. 共享内存：使得多个进程能够访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其余通讯机制运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互斥。
5. 信号量（semaphore）：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。
6. 套接口（Socket）：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，但如今通常能够移植到其它类Unix系统上：Linux和System V的变种都支持套接字。

下面将对上述通讯机制作具体阐述。

附1：参考文献[2]中对linux环境下的进程进行了归纳说明：

通常来讲，linux下的进程包含如下几个关键要素：

• 有一段可执行程序；
• 有专用的系统堆栈空间；
• 内核中有它的控制块（进程控制块），描述进程所占用的资源，这样，进程才能接受内核的调度；
• 具备独立的存储空间

进程和线程有时候并不彻底区分，而每每根据上下文理解其含义。

 

参考资料

• UNIX环境高级编程，做者：W.Richard Stevens，译者：尤晋元等，机械工业出版社。具备丰富的编程实例，以及关键函数伴随Unix的发展历程。
  
  
• linux内核源代码情景分析（上、下），毛德操、胡希明著，浙江大学出版社，提供了对linux内核很是好的分析，同时，对一些关键概念的背景进行了详细的说明。
  
  
• UNIX网络编程第二卷：进程间通讯，做者：W.Richard Stevens，译者：杨继张，清华大学出版社。一本比较全面阐述Unix环境下进程间通讯的书（没有信号和套接口，套接口在第一卷中）。