操作系统--进程间通信

Posted petewell

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了操作系统--进程间通信相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

原文引用https://www.dazhuanlan.com/2019/08/26/5d632d2a07f58/


IPC 运用范畴

技术图片

配图与本文无关，纯属有趣

相对于做点什么，我们更想睡懒觉，但是相对于睡觉，我想写总结！
今天把博客的 git 分支搞混了，浪费了一点时间。那么今天介绍一下进程间通信(IPC) 。进程间通信，我们从 << UNIX网络编程卷2：进程间通信 >> 最后一章 Sun RPC 谈起，那为什么呢？ 因为我们去掌握一个东西，肯定是因为它有价值，我们才去学习，如果一些技术现在都不用了，淘汰了，那我们就没有必要去深究，只需学习其思想，浅尝辄止即可。

最后一张概述部分是这样介绍的，构筑一个应用进程时，我们首先在以下两者之间作出选择：

(1) 构筑一个庞大的单一进程，完成全部工作；
(2) 把整个应用进程散步到彼此通信的多个进程中。
如果我们选择后者，接下去的抉择是：

这本著作主要关注的是 2a 这种情况，也就是 使用消息传递、共享内存、并可能使用某种形式的同步来进行同一台主机上的进程间 IPC。同一进程内不同线程间的 IPC 以及不同进程内各个线程间的 IPC只是这种情形的特殊情况。

而对于不同部分之间需要网络通信的应用进程则大多数使用 显示网络编程（explicit network programming)方式编写，也就是我们现在流行的 Socket编程。

那么现在是什么情况呢？ 由于互联网大火，导致现在主流热门的进程间通信方式变成了使用 Socket 套接字通信。这个也可以理解，由于互联网就是传统的 C/S(服务器端-客户端)架构，对于客户端开发来说，主要就是移动应用开发、PC端应用开发、Web 浏览器开发，这些是互联网主要的流量入口，应用和浏览器需要通信的对象就是服务器，服务器要做的也是和客户端更好的进行通信，所以如果需要从事互联网的工作，那么对 Socket 编程相对于其他 IPC 手段就需要更熟悉，特别是服务器后台开发，客户端还好，客户端业务逻辑和 UI 体验相对重要，至于一些系统层技术，开发框架都已经封装的很好了，只需掌握使用方法就可以，像android 、 ios开发。但是如果你是从事系统开发，那么所有的 IPC 方式都需要了解，特别是消息传递、共享内存需要深入了解。

具体的 IPC 手段

信号

软件中断通知事件处理 例如：SIGFPE, SIGKILL, SIGUSR1, SIGSTOP, SIGCONT
接收到信号会发生什么：

  • Catch：指定信号处理函数被调用
  • Ignore：依靠操作系统的默认操作
    example：Abort，memory dump，suspend or resume process
  • Mask：闭塞信号，因此不会发生
    可能是暂时的（处理同样类型的信号）

不足：不能传输要交换的任何数据

特点：

  • signals are only delivered between processes when either: 仅在同一个用户的进程间传递，或者超级用户发出信号
    1. the processes involved are run by the same user
    2. the raising process is run by a superuser
  • signal types and type names are defined in signal.h 定义在 signal.h 文档
  • signals are not queued 信号没有排队
  • handlers “terminate process” (SIG_DFL) and “ignore signal” (SIG_IGN) are already defined in signal.h 常用终止进程和忽略信号定义在 signal.h

unix 主要接口信息：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
 


functions：void (int sig_type)
description：用信号sig_type发信号。

functions：void signal(int sig_type, void (*sig_handler)(int signal_type))
description：sig_type是signal.h中定义的信号值（或名称）之一。 sig_handles是一个指向带有int参数的函数的指针。当进程被指定类型的信号命中时，此函数将在进程上下文中运行。

functions：int kill(pid_t dest_pid, int sig_type)
description：向使用PID dest_pid运行的进程发送sig_type类型的信号。 dest_pid的特定类型0和-1 make kill（）分别发送与发送方的同一组执行的所有进程，并发信号通知系统中运行的所有进程（仅适用于超级用户凭据)。

管道和FIFO

1.管道，通常指无名管道，是 UNIX 系统IPC最古老的形式。
特点：

  • pipes are uni-directional 半双工
  • with file descriptors, they can only be shared between processes with parent-child relationship 只能用于父子进程间
  • atomicity is guaranteed for messages shorter than PIPE_BUF bytes 特定大小缓存保持原子性
  • alf-open pipes are told widowed (or broken) pipes. Writing on them causes a write error, reading from them always returns 0 bytes. 坏的管道，会出现写错误，读取时，返回0字节.

unix 主要接口信息：

1
2
3
4
 
#include: unistd.h
functions： int pipe(int *fd_couple)  
description：创建一个管道并将其文档描述符存储到fd_couple [0]（读取结束）和fd_couple [1]（写入结束）。 
return： 成功返回 0，错误返回 -1

模拟使用场景，实现 Linux 系统调用 popen，主要代码：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
 
FILE * vpopen(const char * cmdstring, const char * type)

    int pfd[2];
    FILE * fp;
    pid_t pid;

    if ((type[0] != ‘r‘ && type[0] != ‘w‘) || type[1] != 0)
    
        errno = EINVAL;
        return (NULL);
    

    if(pipe(pfd) != 0)
    
        return NULL;
    

    if((pid = vfork()) < 0) 
    
        return NULL;
    
    else if(pid == 0) 
    
        if(*type == ‘r‘)
        
            close(pfd[0]);
            if (pfd[1] != STDOUT_FILENO)
            
                dup2(pfd[1], STDOUT_FILENO);
                close(pfd[1]);
            
        
        else 
        
            close(pfd[1]);
            if (pfd[0] != STDIN_FILENO)
            
                dup2(pfd[0], STDIN_FILENO);
                close(pfd[0]);
            
        

        if(execl("/bin/bash", "bash", "-c", cmdstring, (char *) 0) < 0)
        
            return NULL;
        
    

    wait(0); // 等子进程结束，回收子进程

    if (*type == ‘r‘)
    
        close(pfd[1]);
        if ((fp = fdopen(pfd[0], type)) == NULL)
        
            return (NULL);
        
    
    else
    
        close(pfd[0]);
        if ((fp = fdopen(pfd[1], type)) == NULL)
        
            return (NULL);
        
    

    return (fp);

2.有名管道，FIFO，
特点：

  • 每个FIFO有一个路径名与之关联，允许无亲缘关系进程间的通信
  • 拥有标准管道的属性和特征

unix 主要接口信息：

1
2
3
4
 
*  #include: sys/types.h and sys/stat.h
*  functions： int mkfifo(char *path, mode_t mode) 
*  description：path是要创建的FIFO文档的（路径+）名称。 mode是文档权限（请参阅umask（2）和chmod（2））
*  return： 成功返回 0，错误返回非 0

模拟使用场景：

1
2
3
4
5
6
7
 
* 模拟场景
*  1. 在 shell 端使用命令创建有名管道： mkfifo /tmp/named_pipe
*  2. 运行该接口
*  3. 在 shell 端写入数据到管道 ：echo "hey, this is a message" > /tmp/named_pipe
*  4. 测试完毕，删除管道： rm /tmp/named_pipe
* 
*  当然我们也可以自己启动一个任意进程向FIFO管道里面写数据

具体实现代码：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
 
int fifo_read()

    int pipe;
    char ch;
    static char TmpCh;

    /* we expect a named pipe has been created
     * in /tmp/named_pipe . The command
     *   $ mkfifo /tmp/named_pipe
     * is a friend to get to this point
     */

    pipe = open("/tmp/named_pipe", O_RDONLY);
    if (pipe < 0) 
        printf("open fifo error, maybe you should create a fifo first !n");
        exit(1);
    
        
    /* preparing to read from the pipe... */
    printf("Waiting data from the pipe... n");

    /* reading one char a time from the pipe */
    while (1) 
        if (read(pipe, &ch, 1) < 0) 
            printf("Read the pipe failed! n");
            exit(2);
        
        

        if(ch != TmpCh)
        
            printf("%c", ch);
        

        TmpCh = ch;
    
    
    /* leaving the pipe */
    close(pipe);
    
    return 0;

总结

上述主要对IPC做了一个大体的介绍，以及介绍了信号(signal)和管道两种IPC方式，这两者在Linux系统自带功能实现中用的较多。至于 Posix和 System V的进程间通信方式 消息队列，信号和 共享内存，由于内容较多后面再单独介绍。

以上是关于操作系统--进程间通信的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

进程间通信与线程间通信

VC++ 进程间的通信

进程间通信

进程间通信--信号(进程间通信唯一的异步方式)

Linux操作系统进程间通信

Linux操作系统进程间通信