进程间通信方式

Posted 2020-12-19 gaopengpy

进程通信(Interprocess Communication，IPC)是一个进程与另一个进程间共享消息的一种通信方式。消息(message)是发送进程形成的一个消息块，将消息内容传送给接收进程。IPC机制是消息从一个进程的地址空间拷贝到另一个进程的地址空间。

进程通信的目的：

1、数据传输

一个进程需要将其数据发送给另一进程，发送的数据量在一个字节到几M字节之间。

2、共享数据

多个进程操作共享数据

3、事件通知

一个进程需要向另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）。

4、资源共享

多个进程之间共享同样的资源。为了作到这一点，需要内核提供锁和同步机制。

5、进程控制

有些进程希望完全控制另一个进程的执行（如Debug进程），此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常，并能够及时知道它的状态改变。

 

linux使用的进程间通信方式：

管道（pipe）,流管道(s_pipe)和有名管道（FIFO）
信号(signal)
消息队列
共享内存
信号量
套接字（socket)

管道(pipe)

管道这种通讯方式有两种限制，一是半双工的通信，数据只能单向流动，二是只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。

流管道s_pipe: 去除了第一种限制，可以双向传输（全双工）。

管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，命名管道:name_pipe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，它还允许无亲缘关系进程间的通信；

信号量(semophore)

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)

消息队列是由消息组成的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。

消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。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。

信号(singnal)

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。

主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。

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)

套解字也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信。

 

各通信方式的比较和优缺点：

管道：速度慢，容量有限，只有父子进程能通讯

FIFO：任何进程间都能通讯，但速度慢

消息队列： 容量受到系统限制，且要注意第一次读的时候，要考虑上一次没有读完数据的问题，消息队列可以不再局限于父子进程，而允许任意进程通过共享消息队列来实现进程间通信，并由系统调用函数来实现消息发送和接收之间的同步，从而使得用户在使用消息缓冲进行通信时不再需要考虑同步问题，使用方便，但是信息的复制需要额外消耗CPU的时间，不适宜于信息量大或操作频繁的场合。此种方法不太常用

信号量： 不能用来传递复杂消息，只能用来同步

共享内存：利用内存缓冲区直接交换信息，无须复制，快捷、信息量大是其优点。共享内存块提供了在任意数量的进程之间进行高效双向通信的机制。每个使用者都可以读取写入数据，但是所有程序之间必须达成并遵守一定的协议，以防止诸如在读取信息之前覆写内存空间等竞争状态的出现。

进程间通信方式的选择

PIPE和FIFO(有名管道)用来实现进程间相互发送非常短小的、频率很高的消息，这两种方式通常适用于两个进程间的通信。

共享内存用来实现进程间共享的、非常庞大的、读写操作频率很高的数据；这种方法适用于多进程间的通信。

其他考虑用socket。主要应用在分布式开发中。