Linux的进程/线程间通信

Posted 2023-02-14 Hot Autumn

Linux系统中的进程间通信方式主要以下几种:

同一主机上的进程通信方式

   * UNIX进程间通信方式: 包括管道(PIPE), 有名管道(FIFO), 和信号(Signal)

   * System V进程通信方式：包括信号量(Semaphore), 消息队列(Message Queue), 和共享内存(Shared Memory)

网络主机间的进程通信方式

   * RPC: Remote Procedure Call 远程过程调用

   * Socket: 当前最流行的网络通信方式, 基于TCP/IP协议的通信方式.

各自的特点如下:

• 管道(PIPE)：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系(父子进程)的进程间使用。另外管道传送的是无格式的字节流，并且管道缓冲区的大小是有限的（管道缓冲区存在于内存中，在管道创建时，为缓冲区分配一个页面大小）。
• 有名管道 (FIFO)： 有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
• 信号(Signal)： 信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。
• 信号量(Semaphore)：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访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
• 消息队列(Message Queue)：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、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
• 共享内存(Shared Memory )：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。
• 套接字(Socket)： 套解口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同主机间的进程通信。

 

Linux系统中的线程间通信方式主要以下几种:

*  锁机制：包括互斥锁、条件变量、读写锁

   互斥锁提供了以排他方式防止数据结构被并发修改的方法。

   读写锁允许多个线程同时读共享数据，而对写操作是互斥的。

   条件变量可以以原子的方式阻塞进程，直到某个特定条件为真为止。对条件的测试是在互斥锁的保护下进行的。条件变量始终与互斥锁一起使用。

*  信号量机制(Semaphore)：包括无名线程信号量和命名线程信号量

*  信号机制(Signal)：类似进程间的信号处理

 

线程间的通信目的主要是用于线程同步，所以线程没有像进程通信中的用于数据交换的通信机制。

信号量机制（PV操作）理解：

PV操作，当然首先要说“信号量”。你可以流利地说出什么是信号量，或者P操作，V操作是如何对信号量进行修改的，但是，有没有想过，为什么要有信号量。

我们常说，信号量S可以简单地看作是系统中某类资源的数目。的确如此，那我们进一步来看，S==1代表什么？资源数目为1，没错，但更重要的是，它代表着这个资源是互斥的。

即:一个时刻只能有一个进程占用该资源。

千万不要小看“互斥信号量”这个含义，也许你会很想当然的认为，但是如果你能真正理解其含义，可以说，没有什么PV操作的题目可以难倒你。

换个角度看，很多时候我们拿到题目往往不知道该怎么下手，不知道如何设置信号量。如果你对上面的概念理解的话，至少你已经学会了对一种很重要的变量设置信号量了——共享变量。

用一个简单生动的例子来说明一下：

假设有一箱钱，假设有100元。A和B两个人同时从里面拿钱。简单来看，A拿了10元，扣掉10元，还有90元。B想直接那100元，发现不够，拿不了放弃。没错，对于现实世界，确实如此。对于计算机呢？并非如此！

 

有一点需要认知的是，进程的调度是任意的，不可预知的，其推进速度也是未知的。

所以在计算机世界里，可能存在这样一种调度方式：A准备拿10元（够拿），调度到B，B准备拿100元，发现也够拿，又调度到A，A前面发现够拿，所以想当然的拿了10元，再调度到B，B之前也是够拿的，所以也拿了100。结果呢？到底是不让B拿呢，还是钱变负了？

为什么会这样？因为箱里的钱，对于A和B来说是共享的。我们说，进程之间因为使用共享资源而产生的约束关系是间接制约关系，也就是我们常说的“互斥”。

理解了这个，再来看之前说的“理解了互斥信号量，也就理解了共享变量”。我们变得出了一个让你屡试不爽的结论：

因为共享变量需要互斥使用，所以对于共享变量，为其设置一个互斥信号量（注意：是互斥，即S=1），当要修改共享变量时，对互斥信号量进行PV操作即可。

参考 这个地方和 这个地方