Linux进程间通信（IPC）

Posted 2020-09-16 gccbuaa

一、进程间通信概述

进程通信有例如以下一些目的：
A、传输数据：一个进程须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
B、共享数据：多个进程想要操作共享数据。一个进程对共享数据的改动，别的进程应该立马看到。
C、通知事件：一个进程须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）。
D、资源共享：多个进程之间共享相同的资源。为了作到这一点，须要内核提供锁和同步机制。

E、进程控制：有些进程希望全然控制还有一个进程的运行（如Debug进程）。此时控制进程希望可以拦截还有一个进程的全部陷入和异常。并可以及时知道它的状态改变。

本地的进程间通信（IPC）有非常多种方式。但能够总结为以下4类：
A、消息传递（管道、FIFO、消息队列）
B、同步（相互排斥量、条件变量、读写锁、文件和写记录锁、信号量）
C、共享内存（匿名的和具名的）
D、远程过程调用（Solaris门和Sun RPC）

二、Linux下的进程通信手段基本上是从Unix平台上的进程通信手段继承而来的。

       对Unix发展做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）在进程间通信方面的側重点有所不同。前者对Unix早期的进程间通信手段进行了系统的改进和扩充，形成了“system V IPC”。通信进程局限在单个计算机内。后者则跳过了该限制。形成了基于套接口（socket）的进程间通信机制，通信进程作用在同一个网内的计算机内。

Linux则把两者继承了下来。

System V IPC包含：System V消息队列、System V信号量、System V共享内存区；

最初的Unix IPC包含：管道、FIFO、信号。

Posix IPC包含： Posix消息队列、Posix信号量、Posix共享内存区。

有两点须要简单说明一下：

1）因为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作系统界面（POSIX）。

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；

2）BSD并非没有涉足单机内的进程间通信（socket本身就能够用于单机内的进程间通信）。

三、linux下进程间通信的几种主要手段简单介绍：

1. 管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制。因此。除具有管道所具有的功能外，它还同意无亲缘关系进程间的通信；
   
   
2. 信号（Signal）：信号是比較复杂的通信方式。用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身；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）。
   
   
3. 消息（Message）队列：消息队列是消息的链接表，包含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加入消息。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，管道仅仅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：使得多个进程能够訪问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制执行效率较低而设计的。往往与其他通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及相互排斥。
   
   
5. 信号量（semaphore）：主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。
   
   
6. 套接口（Socket）：更为一般的进程间通信机制，可用于不同机器之间的进程间通信。起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的，但如今一般能够移植到其他类Unix系统上：Linux和System V的变种都支持套接字。

注：

Linux进程间通信：管道、信号、信号量、消息队列、共享内存、套接字(socket)

Linux线程间通信：相互排斥量（mutex），信号量。条件变量

Windows进程间通信：管道、消息队列、共享内存、信号量 （semaphore） 、套接字(socket)

Windows线程间通信：相互排斥量（mutex），信号量（semaphore）、临界区（critical section）、事件（event）