本篇文章给大家带来了关于linux进程间通信的相关知识,其中包括管道、匿名管道、共享内存等相关问题,希望对大家有帮助。
·进程间通信:操作系统为系统提供的用于实现进程间通信的方式
进程之间是无法直接通信的,因为每个进程都有独立的虚拟地址空间,访问的都是自己的虚拟地址,因此进程具有独立性,无法直接通信
根据通信场景的不同,因此提供了多种不同的通信方式
进程间通信方式种类:管道、共享内存、消息队列、信号量
·管道
特性:半双工通信--可以选择方向的单向通信
本质:在内核中开辟一块缓冲区(内核空间中的一块内存)
原理:多个进程通过访问同一块内核中的缓冲区实现通信(复制缓冲区的操作句柄)
分类:匿名管道:缓冲区没有标识符,只能用于具有亲缘关系的进程间通信
命名管道:缓冲区具有标识符,可用于同一主机上任意的进程间通信
linux下一切皆文件--所有东西都是当做文件一样进行操作(包括管道),通过IO操作完成对管道的访问
·匿名管道
返回值:成功返回0;失败返回-1
特性:只能用于具有亲缘关系的进程间通信
匿名管道没有标识符,无法被其他进程找到,只能通过子进程复制父进程的方式获取到操作句柄实现通信
读写特性:若管道中没有数据,则read会阻塞
若管道中数据满了,则write会阻塞
所有的管道的读端被关闭,则继续write则会触发异常,导致进程崩溃退出
所有的管道的写端被关闭,则继续read则会读完数据后返回0,不再阻塞
注:管道是半双工通信,在通信时,一旦选定了 方向,应将不使用的那一端关闭。
· 命名管道:本质是 内核中的一块缓冲区,具有标识符,可以被其他进程找到,因此可用于同一主机上的任意进程间通信
命名管道的标识符就是一个可见于文件系统的管道类型文件
多个进程通过打开同一个管道文件,访问同一块内核中的缓冲区实现通信
命令操作:mkfifo filename 创建一个命名管道文件
函数操作:int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
pathname:文件名称;mode:创建权限
返回值:成功返回0;失败返回-1
·总结:管道的本质:内核空间中的一块缓冲区
原理:多个进程通过访问同一块缓冲区实现数据传输
分类:匿名管道、命名管道
匿名管道:只能用于具有亲缘关系的进程间通信
命名管道:可以用于同一主机上任意进程间通信
特性:①半双工通信--可以选择方向的单向通信
提供字节流传输服务:有序的、可靠的、基于连接的一种流式传输
基于连接:所有读端关闭则write异常;所有写端关闭则read返回0
②自带同步与互斥:
同步:通过同一时间进程对临界资源的唯一访问实现访问操作安全
互斥:通过一些条件判断让进程对临界资源的访问更加合理有序
互斥的体现:对管道进行写入操作的大小不超过PIPE_BUF-4096大小,则保证操作的原子性
同步的体现:管道没有数据则read阻塞,管道数据写满则write阻塞
③生命周期随进程:不人为干预情况下,所有打开管道的进程退出后,管道缓冲区被释放
·共享内存:用于实现进程间的数据共享
本质:一块物理内存
原理:开辟一块物理内存空间,多个进程将同一块映射到自己的虚拟地址空间,通过虚拟地址直接进行访问,进而实现数据共享
特性:最快的进程间通信方式,生命周期随内核
共享内存通过虚拟地址直接访问物理内存,实现数据共享,相对于其他方式需要将数据拷贝到内核,使用时拷贝到用户态,少了两次数据拷贝操作
注意事项:对共享内存的操作需要注意安全问题
操作流程:
①创建或打开共享内存
②将共享内存映射到进程的虚拟地址空间
③通过映射的虚拟地址进行各种内存操作
④解除映射关系
⑤删除共享内存
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
key:标识符(多个进程通过相同的标识符打开同一块共享内存)
size:创建时所开辟的空间大小(以内存页为单位)
shmflg:打开方式 + 创建权限--IPC_CREAT|IPC_EXCL|0664
返回值: 成功返回一个非负整数--操作句柄;失败返回-1
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
shmid:shmget返回的操作句柄
shmaddr:映射地址,通常设置为NULL
shmflg:映射成功后的访问方式;SHM_RDONLY-只读;0-读写
返回值:成功则返回映射后的首地址;失败返回(void *)-1
int shmdt(const void *shmaddr);
shmaddr:映射后的首地址
返回值:成功返回0;失败返回-1
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
shmid:shmget返回的操作句柄
cmd:操作类型--IPC_RMID 标记共享内存为被销毁
buf:对于IPC_RMID,成功返回0,失败发返回-1
·消息队列
本质:内核中的一个优先级队列,多个进程通过访问同一个队列,向队列中添加或者获取节点而实现进程间的数据块传输
特性:自带同步与互斥,生命周期随内核
·信号量
本质:内核中的一个计数器 + pcb等待队列
作用:用于实现进程间的同步与互斥,协调进程对临界资源的访问
P操作:计数器-1,判断若计数小于0则阻塞进程
V操作:计数器+1,唤醒一个阻塞的进程
通过自身的计数器对资源进行计数,通过计数判断进程对资源的获取是否合理,不合理则阻塞。等待产生一个资源之后,唤醒阻塞的进程
同步的实现:通过计数器对资源进行计数,在获取资源之前进行P操作
互斥的实现:计数器为1,表示资源只有一个,进程访问资源之前进行P操作,访问完毕后进行V操作
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