Linux 进程间通信（IPC）

Posted 2022-11-28 -A7

进程间通信（IPC）

概念：操作系统为用户提供的用于实现进程之间进行数据通信的多种方式
为什么：进程之间是具有独立性的，无法直接通信
本质：有一块公共的区域供多个进程同时访问
分类：管道，共享内存，消息队列，信号量

管道

作用：用于进程间的数据传输
本质：内存中的一块缓冲区（内核空间中的一块内存）
分类：命名管道，匿名管道
匿名管道：内核中的缓冲区没有标识-仅能用于有亲缘关系 的进程间通信，通过子进程复制父进程的方式获取到管道的操作句柄。
命名管道：内核中的缓冲区有标识-可见于文件系统的一个管道文件 管道文件作为标识让多个进程能够找到同一个缓冲区。
特性：半双工通信；生命周期随进程；
字节流传输方式：以字节为单位的持续传输，先进先出（类似于队列）
所有读端关闭，write会触发异常，所有写段关闭，read返回0；
自带同步与互斥；
互斥：通过同一时间只有一个进程能够访问保证操作安全，管道中数据的操作大小不超过PIPE_FILE大小保证原子操作
同步：通过一些条件限制保证进程对资源访问的秩序
管道没有数据则read堵塞，管道数据满了则write堵塞；
原子操作；要么完成要么不做，中间不会被打断的一种操作

共享内存

特性：所有进程间通信方式中最快的一种
本质原理：开辟一块物理内存，需要进行通信的进程将这块物理内存映射到自己的虚拟内存空间中，直接使用自己的内存空间地址进行访问

共享内存速度快是因为通过虚拟地址直接访问，相对于其他的方式少了两次用户空间与内核空间之间的数据拷贝 共享内存是一种覆盖式操作
操作流程：
1.创建或打开共享内存
2.将共享内存映射到虚拟地址空间
3.内存操作（memcpy，printf）…
4.解除映射关系
5.删除共享内存（实际上就算进行了内存删除操作，共享内存也不会立即被删除，等到共享内存映射连接数为0的时候才会被删除）
1.创建或打开
int shmget（key_t key,size_t size,int shmflag）;
key:共享内存标识符（为了让多个进程找到一个）
size：需要创建的共享内存大小（仅创建时有效 ）
shmflag：IPC_CREAT| IPC_EXCL|0664
IPC_CREAT：不存在则创建，存在则打开。
IPC_EXCL与IPC_CREAM搭配使用，表示存在则报错，不存在则创建打开
mode 0664 设置共享内存访问权限
返回值：成功则返回一个非负整数—操作句柄：失败返回-1；
2.建立映射关系
voidshmat(int shm_id,voidshmaddr,int shmflag)
shm_id:shmget返回的操作句柄
shmaddr:通常置NULL，让系统自动分配建立映射
shmflag：SHM_RDONLY-只读；0-默认是可读可写
返回值：成功返回映射的首地址；失败返回（void*）-1
shm_start：映射首地址-shmat的返回值
返回值：成功返回0；失败返回-1
4.删除共享内存
int shmctl（int shm_id，int cmd，struct shmid_ds*buf）
shmid：操作句柄；
cmd：IPC_RMID-标记删除（不在接受新的映射）
buf：用于获取共享内存信息（用不上就置空）
返回值：成功返回0；针对IPC_RMID失败返回-1
**特性2：**共享内存生命周期随内核，在人为不删除的情况下，所有映射退出也不会释放共享内存；
消息队列：
**本质：**在内核中创建一个优先级队列：具有标识符能被其他进程找到；多个进程通过访问一个队列，通过添加或者获取节点实现通信

消息队列传输的都是数据节点，节点中包含两种信息：
1.类型
2.数据
类型作用：用于身份区分；优先级
特性：1.双工通信；2.自带同步与互斥；3.生命周期随内核
信号量：
本质：信号量本质上就是内核中的一个计数器
作用：实现进程间的同步与互斥（保护进程间对临界资源的访问操作）
临界资源：大家都能访问的资源。