操作系统——进程通信（IPC）

操作系统——进程通信（IPC）方式

参考：https://www.cnblogs.com/xiaobaizzz/p/12285577.html
参考：https://www.cnblogs.com/tsiangleo/p/4902695.html

进程通信：进程间的信息交换。

• 进程是分配系统资源的单位，因此各进程拥有的内存空间相互独立。
• 为了保证进程安全，一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间。
• 为了保证进程间的安全通信，操作系统提供了一些方法。

按照发送路径来看，可分为直接通信和间接通信：

1、管道（匿名管道）（间接通信）

概念： 进程间基于内存文件的通信机制，指用于连接读写进程的一个共享文件，即 pipe 文件。其实就是在内存中开辟的一个大小固定的缓冲区。

如下图所示：

特点：

• ① 管道只能采用半双工通信，只能支持数据的单向传输。如果要实现双向同时通信，则需要建立两个管道。
• ② 各个进程之间要互斥访问管道。
• ③ 当管道写满时，写进程的 write() 系统调用将被阻塞，等待读进程将数据取走；管道变空时，读进程的 read() 系统调用将被阻塞。
• ④ 如果管道没写满，就不允许读；如果没读空，就不允许写。
• ⑤ 数据一旦读出，就从管道中被抛弃，这意味着读进程最多只能有一个，否则可能会发生读错数据的情况。（一个管道指父进程(或一个子进程)与某个特定子进程通信）
  缺点：
• 速度慢，容量有限，只有父子或兄弟进程能通信。

2、有名管道（FIFO）（间接通信）

概念： 同管道一样，不过它允许没有亲缘关系的进程间进行通信。
实现： 有名管道提供了一个路径名与之关联，以 FIFO 的形式存在于文件系统中。即使不相干的进程也可以通过FIFO相互通信，只要它们能访问已经提供的路径。
特点：

• ① 一种文件类型。
• ② FIFO 可以在无关进程之间交换数据。
• ③ FIFO 以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。
• ④ FIFO 的通信方式类似于在进程中使用文件来传输数据，只不过 FIFO 类型文件同时具有管道的特性。在读数据时，FIFO 管道中同时也清除数据，且先进先出。

3、信号量（Semophore）

概念： 一种计数器，用来控制进程间多个线程或者多个进程对资源的同步访问。
实现： 常实现为一种锁机制。（信号量是一个被保护的变量，且只能通过初始化和两个标准的原子操作（P/ V，又称wait(s), signal(s)）来访问。）

4、信号（Signal）

概念： 进程间的软件中断通知和处理机制。操作系统通过信号来通知某一进程发生了某一种预定好的事件；接收到信号的进程可以选择不同的方式处理该信号：①采用默认处理机制——进程中断或退出，②忽略该信号，③自定义该信号的处理函数，执行相应的动作。
实现： 内核为进程生产信号，来响应不同的事件，这些事件就是信号源。信号源可以是：异常、其它进程、终端的终端（Ctrl+C，Ctrl+等）、作业的控制（前台，后台进程的管理等），分配额问题（CPU 超时或文件过大等）、内核通知（IO就绪等）、报警（计时器）。

5、消息队列（间接通信）

概念： 是消息的一个链表，存放在内核中，由操作系统维护的以字节序列为基本单位的通信机制。允许一个或多个进程向它写消息，一个或多个进程向它读消息。Linux 维护了一个消息队列向量表：msgque，来表示系统中所有的消息队列。

• 进程间的数据交换以格式化的消息（Message）为单位。进程通过操作系统提供的==“发送/接收消息”==两个原语进行数据交换。

每个消息队列都有一个唯一的标识；只有共享了相同消息队列的进程，才能够通信，才建立连接，连接可以是单向或双向。消息队列可以与多个进程相关联；每对进程可以共享多个消息队列。

特点：

• ① 消息队列是面向记录的，其中的信息具有特定的格式以及特定的优先级。
• ② 消息队列独立于发送和接收进程，进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除。
• ③ 消息队列可以实现消息的随机查询，消息不一定要以 FIFO 的次序读取，也可以按消息的类型读取。

6、共享内存（直接通信）

概念： 共享内存映射为一段可以被其它很多进程访问的内存。即把一段物理内存映射到多个进程的内存地址空间的通信机制。每个进程的内存地址空间需要明确设置共享内存段，同一个进程的线程共享地址空间。（速度快，但是没有同步）

特点：

• ① 共享内存是最快的一种 IPC，因为进程是直接对内存进行读取。
• ② 因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步操作。（共享空间的访问必须互斥，操作系统负责提供共享空间和同步互斥工具（如P、V操作））
• ③ 信号量+共享内存通常结合使用，信号量用来同步对共享内存的访问。

7、套接字（Socket）

概念： 用于实现不同主机间的进程通信。一个套接口可以看做是进程通信的端点，每个套接口的名字是唯一的；其它进程可以访问，连接和进行数据通信。

本文来自互联网用户投稿，文章观点仅代表作者本人，不代表本站立场，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处。 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请点击【内容举报】进行投诉反馈！