プロセス間の 5 つの通信方法: 1. 速度が遅く、容量が限られているパイプ。親プロセスと子プロセスのみが通信できます。2. FIFO。どのプロセス間でも通信できますが、遅いです。3. メッセージキュー、メッセージのランダムなクエリを実現できますが、容量はシステムによって制限されます; 4. セマフォは複雑なメッセージを送信できず、同期にのみ使用できます; 5. 共有メモリ領域とは、2 つ以上のプロセスが特定の記憶領域を共有することを意味します。
このチュートリアルの動作環境: Windows 7 システム、Dell G3 コンピューター。
プロセス間の 5 つの通信方法:
パイプ、通常は以下を指します。名前のないパイプ。UNIX システムにおける IPC の最も古い形式です。
半二重 (つまり、データは一方向にのみ流れることができます) であり、固定読み取り機能があります。終わりと書き終わり。
アフィニティ関係のあるプロセス間 (親子プロセスや兄弟プロセス間も) の通信にのみ使用できます。
特殊なファイルとみなして、通常の読み書き等の関数でも読み書き可能です。ただし、これは通常のファイルではなく、他のファイル システムに属さず、メモリ内にのみ存在します。
1 #include <unistd.h> 2 int pipe(int fd[2]); // 返回值：若成功返回0，失败返回-1</unistd.h>
パイプラインが確立されると、2 つのファイル記述子が作成されます: fd[0 ] は読み取り用に開かれ、fd[1] は書き込み用に開かれます。以下に示すように:
#パイプを閉じるには、これら 2 つのファイル記述子を閉じるだけです。
単一プロセス内のパイプはほとんど役に立ちません。したがって、通常、pipe を呼び出すプロセスは次に fork を呼び出し、親プロセスと子プロセスの間に IPC チャネルを作成します。次の図に示すように:
#データ フローが親プロセスから子プロセスに流れる場合は、親プロセスの読み取り側 (fd) を閉じます。 [0]) 子プロセスの書き込み終了 (fd[1]) では、逆に、データ フローを子プロセスから親プロセスに流すことができます。
1 #include<stdio.h>
2 #include<unistd.h>
3
4 int main()
5 {
6 int fd[2]; // 两个文件描述符
7 pid_t pid;
8 char buff[20];
9
10 if(pipe(fd) 0) // 父进程
16 {
17 close(fd[0]); // 关闭读端
18 write(fd[1], "hello world\n", 12);
19 }
20 else
21 {
22 close(fd[1]); // 关闭写端
23 read(fd[0], buff, 20);
24 printf("%s", buff);
25 }
26
27 return 0;
28 }</unistd.h></stdio.h>FIFO は名前付きパイプとも呼ばれ、ファイル タイプの 1 つです。
FIFO は、名前のないパイプとは異なり、無関係なプロセス間でデータを交換できます。
FIFO にはパス名が関連付けられており、特別なデバイス ファイルとしてファイル システム内に存在します。
1 #include <sys> 2 // 返回值：成功返回0，出错返回-1 3 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);</sys>
のモード パラメーターは、open 関数のモードと同じです。 FIFO が作成されると、通常のファイル I/O 関数を使用して操作できます。
FIFO を開くときの違いは、ノンブロッキング フラグ (O_NONBLOCK) が設定されているかどうかです。
設定されていない場合は、O_NONBLOCK ## が # (デフォルト) に指定されている場合、他のプロセスがこの FIFO を書き込み用に開くまで、読み取り専用オープンはブロックされます。同様に、書き込み専用オープンは、他のプロセスが読み取り用にオープンするまでブロックされます。
O_NONBLOCK が指定されている場合、読み取り専用オープンはすぐに戻ります。書き込み専用オープンはエラー時に -1 を返します。読み取り用に FIFO をオープンしたプロセスがない場合、その errno は ENXIO に設定されます。
1 #include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h> // exit
3 #include<fcntl.h> // O_WRONLY
4 #include<sys>
5 #include<time.h> // time
6
7 int main()
8 {
9 int fd;
10 int n, i;
11 char buf[1024];
12 time_t tp;
13
14 printf("I am %d process.\n", getpid()); // 说明进程ID
15
16 if((fd = open("fifo1", O_WRONLY)) read_fifo.c<p></p>
<pre class="brush:php;toolbar:false"> 1 #include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<errno.h>
4 #include<fcntl.h>
5 #include<sys>
6
7 int main()
8 {
9 int fd;
10 int len;
11 char buf[1024];
12
13 if(mkfifo("fifo1", 0666) 0) // 读取FIFO管道
23 printf("Read message: %s", buf);
24
25 close(fd); // 关闭FIFO文件
26 return 0;
27 }</sys></fcntl.h></errno.h></stdlib.h></stdio.h>1 [cheesezh@localhost]$ ./write_fifo 2 I am 5954 process. 3 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:28 2015 4 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:29 2015 5 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:30 2015 6 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:31 2015 7 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:32 2015 8 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:33 2015 9 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:34 2015 10 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:35 2015 11 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:36 2015 12 Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:37 2015
1 [cheesezh@localhost]$ ./read_fifo 2 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:28 2015 3 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:29 2015 4 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:30 2015 5 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:31 2015 6 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:32 2015 7 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:33 2015 8 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:34 2015 9 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:35 2015 10 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:36 2015 11 Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:37 2015
write_fifo はクライアントのように機能し、複数のクライアントを開くことができます。サーバーはリクエスト情報を送信します。read_fifo はサーバーと同様です。FIFO の読み取り終了をタイムリーに監視し、データがある場合はそれを読み取り、処理します。ただし、重要な問題は次のとおりです。各クライアントは、サーバーによって提供される FIFO インターフェイスが事前にわかっている必要があります。次の図は、この配置を示しています:
消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。
1 #include <sys> 2 // 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1 3 int msgget(key_t key, int flag); 4 // 添加消息：成功返回0，失败返回-1 5 int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag); 6 // 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1 7 int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag); 8 // 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1 9 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);</sys>
在以下两种情况下，msgget将创建一个新的消息队列：
IPC_CREAT标志位。IPC_PRIVATE。函数msgrcv在读取消息队列时，type参数有下面几种情况：
type == 0，返回队列中的第一个消息；type > 0，返回队列中消息类型为 type 的第一个消息；type ，返回队列中消息类型值小于或等于 type 绝对值的消息，如果有多个，则取类型值最小的消息。可以看出，type值非 0 时用于以非先进先出次序读消息。也可以把 type 看做优先级的权值。（其他的参数解释，请自行Google之）
下面写了一个简单的使用消息队列进行IPC的例子，服务端程序一直在等待特定类型的消息，当收到该类型的消息以后，发送另一种特定类型的消息作为反馈，客户端读取该反馈并打印出来。
msg_server.c
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <sys>
4
5 // 用于创建一个唯一的key
6 #define MSG_FILE "/etc/passwd"
7
8 // 消息结构
9 struct msg_form {
10 long mtype;
11 char mtext[256];
12 };
13
14 int main()
15 {
16 int msqid;
17 key_t key;
18 struct msg_form msg;
19
20 // 获取key值
21 if((key = ftok(MSG_FILE,'z')) <p>msg_client.c</p>
<pre class="brush:php;toolbar:false"> 1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <sys>
4
5 // 用于创建一个唯一的key
6 #define MSG_FILE "/etc/passwd"
7
8 // 消息结构
9 struct msg_form {
10 long mtype;
11 char mtext[256];
12 };
13
14 int main()
15 {
16 int msqid;
17 key_t key;
18 struct msg_form msg;
19
20 // 获取key值
21 if ((key = ftok(MSG_FILE, 'z')) <h2 id="四、信号量"><strong>四、信号量</strong></h2>
<p>信号量（semaphore）与已经介绍过的 IPC 结构不同，它是一个计数器。信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。</p>
<h3 id="1、特点-2">1、特点</h3>
<ol>
<li><p>信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存。</p></li>
<li><p>信号量基于操作系统的 PV 操作，程序对信号量的操作都是原子操作。</p></li>
<li><p>每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，而且可以加减任意正整数。</p></li>
<li><p>支持信号量组。</p></li>
</ol>
<h3 id="2、原型-2">2、原型</h3>
<p>最简单的信号量是只能取 0 和 1 的变量，这也是信号量最常见的一种形式，叫做二值信号量（Binary Semaphore）。而可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。</p>
<p>Linux 下的信号量函数都是在通用的信号量数组上进行操作，而不是在一个单一的二值信号量上进行操作。</p>
<pre class="brush:php;toolbar:false">1 #include <sys>
2 // 创建或获取一个信号量组：若成功返回信号量集ID，失败返回-1
3 int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
4 // 对信号量组进行操作，改变信号量的值：成功返回0，失败返回-1
5 int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);
6 // 控制信号量的相关信息
7 int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);</sys>当semget创建新的信号量集合时，必须指定集合中信号量的个数（即num_sems），通常为1； 如果是引用一个现有的集合，则将num_sems指定为 0 。
在semop函数中，sembuf结构的定义如下：
1 struct sembuf
2 {
3 short sem_num; // 信号量组中对应的序号，0～sem_nums-1
4 short sem_op; // 信号量值在一次操作中的改变量
5 short sem_flg; // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
6 }其中 sem_op 是一次操作中的信号量的改变量：
若sem_op > 0，表示进程释放相应的资源数，将 sem_op 的值加到信号量的值上。如果有进程正在休眠等待此信号量，则换行它们。
若sem_op ，请求 sem_op 的绝对值的资源。
sem_flg有关。IPC_NOWAIT，则semop函数出错返回EAGAIN。IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：若sem_op == 0，进程阻塞直到信号量的相应值为0：
sem_flg决定函数动作：IPC_NOWAIT，则出错返回EAGAIN。IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：在semctl函数中的命令有多种，这里就说两个常用的：
SETVAL：用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。IPC_RMID：删除一个信号量集合。如果不删除信号量，它将继续在系统中存在，即使程序已经退出，它可能在你下次运行此程序时引发问题，而且信号量是一种有限的资源。 1 #include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<sys>
4
5 // 联合体，用于semctl初始化
6 union semun
7 {
8 int val; /*for SETVAL*/
9 struct semid_ds *buf;
10 unsigned short *array;
11 };
12
13 // 初始化信号量
14 int init_sem(int sem_id, int value)
15 {
16 union semun tmp;
17 tmp.val = value;
18 if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)
19 {
20 perror("Init Semaphore Error");
21 return -1;
22 }
23 return 0;
24 }
25
26 // P操作:
27 // 若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1
28 // 若信号量值为0，进程挂起等待
29 int sem_p(int sem_id)
30 {
31 struct sembuf sbuf;
32 sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
33 sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
34 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
35
36 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
37 {
38 perror("P operation Error");
39 return -1;
40 }
41 return 0;
42 }
43
44 // V操作：
45 // 释放资源并将信号量值+1
46 // 如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
47 int sem_v(int sem_id)
48 {
49 struct sembuf sbuf;
50 sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
51 sbuf.sem_op = 1; /*V操作*/
52 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
53
54 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
55 {
56 perror("V operation Error");
57 return -1;
58 }
59 return 0;
60 }
61
62 // 删除信号量集
63 int del_sem(int sem_id)
64 {
65 union semun tmp;
66 if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1)
67 {
68 perror("Delete Semaphore Error");
69 return -1;
70 }
71 return 0;
72 }
73
74
75 int main()
76 {
77 int sem_id; // 信号量集ID
78 key_t key;
79 pid_t pid;
80
81 // 获取key值
82 if((key = ftok(".", 'z')) <p>上面的例子如果不加信号量，则父进程会先执行完毕。这里加了信号量让父进程等待子进程执行完以后再执行。</p>
<h2 id="五、共享内存"><strong>五、共享内存</strong></h2>
<p>共享内存（Shared Memory），指两个或多个进程共享一个给定的存储区。</p>
<h3 id="1、特点-3">1、特点</h3>
<ol>
<li><p>共享内存是最快的一种 IPC，因为进程是直接对内存进行存取。</p></li>
<li><p>因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步。</p></li>
<li><p>信号量+共享内存通常结合在一起使用，信号量用来同步对共享内存的访问。</p></li>
</ol>
<h3 id="2、原型-3">2、原型</h3>
<pre class="brush:php;toolbar:false">1 #include <sys>
2 // 创建或获取一个共享内存：成功返回共享内存ID，失败返回-1
3 int shmget(key_t key, size_t size, int flag);
4 // 连接共享内存到当前进程的地址空间：成功返回指向共享内存的指针，失败返回-1
5 void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);
6 // 断开与共享内存的连接：成功返回0，失败返回-1
7 int shmdt(void *addr);
8 // 控制共享内存的相关信息：成功返回0，失败返回-1
9 int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);</sys>当用shmget函数创建一段共享内存时，必须指定其 size；而如果引用一个已存在的共享内存，则将 size 指定为0 。
当一段共享内存被创建以后，它并不能被任何进程访问。必须使用shmat函数连接该共享内存到当前进程的地址空间，连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间，随后可像本地空间一样访问。
shmdt函数是用来断开shmat建立的连接的。注意，这并不是从系统中删除该共享内存，只是当前进程不能再访问该共享内存而已。
shmctl函数可以对共享内存执行多种操作，根据参数 cmd 执行相应的操作。常用的是IPC_RMID（从系统中删除该共享内存）。
下面这个例子，使用了【共享内存+信号量+消息队列】的组合来实现服务器进程与客户进程间的通信。
server.c
1 #include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<sys> // shared memory
4 #include<sys> // semaphore
5 #include<sys> // message queue
6 #include<string.h> // memcpy
7
8 // 消息队列结构
9 struct msg_form {
10 long mtype;
11 char mtext;
12 };
13
14 // 联合体，用于semctl初始化
15 union semun
16 {
17 int val; /*for SETVAL*/
18 struct semid_ds *buf;
19 unsigned short *array;
20 };
21
22 // 初始化信号量
23 int init_sem(int sem_id, int value)
24 {
25 union semun tmp;
26 tmp.val = value;
27 if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)
28 {
29 perror("Init Semaphore Error");
30 return -1;
31 }
32 return 0;
33 }
34
35 // P操作:
36 // 若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1
37 // 若信号量值为0，进程挂起等待
38 int sem_p(int sem_id)
39 {
40 struct sembuf sbuf;
41 sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
42 sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
43 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
44
45 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
46 {
47 perror("P operation Error");
48 return -1;
49 }
50 return 0;
51 }
52
53 // V操作：
54 // 释放资源并将信号量值+1
55 // 如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
56 int sem_v(int sem_id)
57 {
58 struct sembuf sbuf;
59 sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
60 sbuf.sem_op = 1; /*V操作*/
61 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
62
63 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
64 {
65 perror("V operation Error");
66 return -1;
67 }
68 return 0;
69 }
70
71 // 删除信号量集
72 int del_sem(int sem_id)
73 {
74 union semun tmp;
75 if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1)
76 {
77 perror("Delete Semaphore Error");
78 return -1;
79 }
80 return 0;
81 }
82
83 // 创建一个信号量集
84 int creat_sem(key_t key)
85 {
86 int sem_id;
87 if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1)
88 {
89 perror("semget error");
90 exit(-1);
91 }
92 init_sem(sem_id, 1); /*初值设为1资源未占用*/
93 return sem_id;
94 }
95
96
97 int main()
98 {
99 key_t key;
100 int shmid, semid, msqid;
101 char *shm;
102 char data[] = "this is server";
103 struct shmid_ds buf1; /*用于删除共享内存*/
104 struct msqid_ds buf2; /*用于删除消息队列*/
105 struct msg_form msg; /*消息队列用于通知对方更新了共享内存*/
106
107 // 获取key值
108 if((key = ftok(".", 'z')) <p>client.c</p>
<pre class="brush:php;toolbar:false"> 1 #include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<sys> // shared memory
4 #include<sys> // semaphore
5 #include<sys> // message queue
6 #include<string.h> // memcpy
7
8 // 消息队列结构
9 struct msg_form {
10 long mtype;
11 char mtext;
12 };
13
14 // 联合体，用于semctl初始化
15 union semun
16 {
17 int val; /*for SETVAL*/
18 struct semid_ds *buf;
19 unsigned short *array;
20 };
21
22 // P操作:
23 // 若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1
24 // 若信号量值为0，进程挂起等待
25 int sem_p(int sem_id)
26 {
27 struct sembuf sbuf;
28 sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
29 sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
30 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
31
32 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
33 {
34 perror("P operation Error");
35 return -1;
36 }
37 return 0;
38 }
39
40 // V操作：
41 // 释放资源并将信号量值+1
42 // 如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
43 int sem_v(int sem_id)
44 {
45 struct sembuf sbuf;
46 sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
47 sbuf.sem_op = 1; /*V操作*/
48 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
49
50 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
51 {
52 perror("V operation Error");
53 return -1;
54 }
55 return 0;
56 }
57
58
59 int main()
60 {
61 key_t key;
62 int shmid, semid, msqid;
63 char *shm;
64 struct msg_form msg;
65 int flag = 1; /*while循环条件*/
66
67 // 获取key值
68 if((key = ftok(".", 'z')) <p>注意：当<code>scanf()</code>输入字符或字符串时，缓冲区中遗留下了<code>\n</code>，所以每次输入操作后都需要清空标准输入的缓冲区。但是由于 gcc 编译器不支持<code>fflush(stdin)</code>（它只是标准C的扩展），所以我们使用了替代方案：</p>
<pre class="brush:php;toolbar:false">1 while((c=getchar())!='\n' && c!=EOF);1.管道：速度慢，容量有限，只有父子进程能通讯
2.FIFO：任何进程间都能通讯，但速度慢
3.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
4.信号量：不能传递复杂消息，只能用来同步
5.共享内存区：能够很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一个进程在写的时候，另一个进程要注意读写的问题，相当于线程中的线程安全，当然，共享内存区同样可以用作线程间通讯，不过没这个必要，线程间本来就已经共享了同一进程内的一块内存
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以上がプロセス間の 5 つの通信方法とは何ですか?の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。
![[Web フロントエンド] Node.js クイック スタート](https://img.php.cn/upload/course/000/000/067/662b5d34ba7c0227.png)
