进程间通信的目的
数据传输:一个进程需要将它的数据发送给另一个进程,发送的数据量在一个字节到几兆字节之间。
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修改,别的进程应该立刻看到。
通知事件: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)。
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。
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。
进程通信方式
linux下进程间通信的几种主要方式:
(1)管道(pipe)和有名管道(FIFO)
(2)信号(signal)
(3)消息队列
(4)共享内存(shared memory)
(5)信号量(semaphore)
(6)套接字(socket)
管道
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,它还允许无亲缘关系进程间的通信。
管道是单向的、先进先出的、无结构的、固定大小的字节流,它把一个进程的标准输出和另一个进程的标准输入连接在一起。写进程在管道的尾端写入数据,读进程在管道的首端读出数据。数据读出后将从管道中移走,其它读进程都不能再读到这些数据。管道提供了简单的流控制机制。进程试图读空管道时,在有数据写入管道前,进程将一直阻塞。同样,管道已经满时,进程再试图写管道,在其它进程从管道中移走数据之前,写进程将一直阻塞。通常有种限制,一是半双工,只能单向传输;二是只能在父子进程间使用。
有名管道(也叫FIFO,因为管道工作在先入先出的原则下,第一个写入管道的数据也是第一个被读出的数据)。与管道不同,FIFO不是临时的对象,它们是文件系统中真正的实体,可以用mkfifo命令创建。只要有合适的访问权限,进程就可以使用FIFO。FIFO的打开方式和管道稍微不同。一个管道(它的两个file数据结构、VFS I节点和共享数据页)是一次性创建的,而FIFO已经存在,可以由它的用户打开和关闭。Linux必须处理在写进程打开FIFO之前读进程对它的打开,也必须处理在写进程写数据之前读进程对管道的读。除此以外,FIFO几乎和管道的处理完全一样,而且它们使用一样的数据结构和操作。
信号
信号(signal):信号是比较复杂的通信方式,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,又能够统一对外接口,用sigaction函数重新实现了signal函数)。
信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟,是一种异步通信方式。
信号可以直接进行用户空间进程和内核进程之间的交互,内核进程也可以利用它来通知用户空间进程发生了哪些系统事件。它可以在任何时候发给某一进程,而无需知道该进程的状态。
如果该进程当前并未处于执行态,则该信号就由内核保存起来,直到该进程恢复执行再传递给它;如果一个信号被进程设置为阻塞,则该信号的传递被延迟,直到其阻塞被取消时才被传递给进程 。
进程执行信号的方式:
忽略信号,即对信号不做任何处理,其中,有两个信号不能忽略:SIGKILL及SIGSTOP。
捕捉信号,定义信号处理函数,当信号发生时,执行相应的处理函数。
执行缺省操作,Linux对每种信号都规定了默认操作。
消息队列
消息队列: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。
消息队列的实现包括创建或打开消息队列、添加消息、读取消息和控制消息队列这四种操作:
创建或打开消息队列使用的函数是msgget,这里创建的消息队列的数量会受到系统消息队列数量的限制。
添加消息使用的函数是msgsnd函数,它把消息添加到已打开的消息队列末尾。
读取消息使用的函数是msgrcv,它把消息从消息队列中取走,与FIFO不同的是,这里可以指定取走某一条消息。
控制消息队列使用的函数是msgctl,它可以完成多项功能。
信号量/信号灯