linux進程通信機制

1. linux系統的進程間通信有哪幾種方式

一、方式

1、管道（Pipe）及有名管道（ mkpipe）：

管道可用於具有親緣關系進程間的通信，有名管道克服了管道沒有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它還允許無親緣關系進程間的通信；

2、信號（Signal）：

信號是比較復雜的通信方式，用於通知接受進程有某種事件發生，除了用於進程間通信外，進程還可以發送信號給進程本身。

linux除了支持Unix早期信號語義函數sigal外，還支持語義符合Posix.1標準的信號函數sigaction。

實際上，該函數是基於BSD的，BSD為了實現可靠信號機制，又能夠統一對外介面，用sigaction函數重新實現了signal函數。

3、消息隊列（Message）：

消息隊列是消息的鏈接表，包括Posix消息隊列system V消息隊列。有足夠許可權的進程可以向隊列中添加消息，被賦予讀許可權的進程則可以讀走隊列中的消息。消息隊列克服了信號承載信息量少，管道只能承載無格式位元組流以及緩沖區大小受限等缺點。

4、共享內存：

使得多個進程可以訪問同一塊內存空間，是最快的可用IPC形式。是針對其他通信機制運行效率較低而設計的。往往與其它通信機制，如信號量結合使用，來達到進程間的同步及互斥。

5、信號量（semaphore）：

主要作為進程間以及同一進程不同線程之間的同步手段。

6、套介面（Socket）：

更為一般的進程間通信機制，可用於不同機器之間的進程間通信。起初是由Unix系統的BSD分支開發出來的，但現在一般可以移植到其它類Unix系統上：Linux和System V的變種都支持套接字。

二、概念

進程間通信概念：

IPC—-InterProcess Communication

每個進程各自有不同的用戶地址空間,任何一個進程的全局變數在另一個進程中都看不到所以進程之間要交換數據必須通過內核。

在內核中開辟一塊緩沖區,進程1把數據從用戶空間拷到內核緩沖區,進程2再從內核緩沖區把數據讀走,內核提供的這種機制稱為進程間通信。

(1)linux進程通信機制擴展閱讀

1）無名管道:

管道是半雙工的，數據只能向一個方向流動；需要雙方通信時，需要建立起兩個管道；只能用於父子進程或者兄弟進程之間（具有親緣關系的進程）。

管道對於管道兩端的進程而言，就是一個文件，但它不是普通的文件，它不屬於某種文件系統，構成兩進程間通信的一個媒介。

數據的讀出和寫入：一個進程向管道中寫的內容被管道另一端的進程讀出。寫入的內容每次都添加在管道緩沖區的末尾，並且每次都是從緩沖區的頭部讀出數據。

2）有名管道：

不同於管道之處在於它提供一個路徑名與之關聯，以FIFO的文件形式存在於文件系統中。這樣，即使與FIFO的創建進程不存在親緣關系的進程，只要可以訪問該路徑，就能夠彼此通過FIFO相互通信（能夠訪問該路徑的進程以及FIFO的創建進程之間）。

因此，通過FIFO不相關的進程也能交換數據。值得注意的是，FIFO嚴格遵循先進先出（first in first out），對管道及FIFO的讀總是從開始處返回數據，對它們的寫則把數據添加到末尾。它們不支持諸如lseek()等文件定位操作。

2. 簡述Linux進程間通信的幾種方式

進程間通訊進程間通信就是不同進程之間傳播或交換信息，進程的用戶空間是互相獨立的，進程之間可以利用系統空間交換信息。
管道(pipe)管道是一種半雙工的通信方式，數據只能單向流動。如果要進行雙工通信，需要建立兩個管道。
管道只能在具有親緣關系的進程間使用，例如父子進程或兄弟進程。
有名管道(named
pipe)
有名管道也是雙半工的通信方式，但它允許無親緣關系的進程間使用。
信號量(semophore)
信號量常用來作為一種鎖機制來使用，它是一個記數器，用來控制多進程對共享資源的訪問，防止多個進程同時訪問一個共享資源。信號量主要用作為進程間或同一進程間不同線程之間的同步手段。
信號(sinal)
信號是一種比較復雜的通信方式，用於通知接收進程某些事件已經發生，要注意信號處理中調用的函數是否為信號安全。
消息隊列(message
queue)
消息隊列是由消息的鏈表組成，存放在內核中並由消息隊列標識符標識。
共享內存(shared
memory)
共享內存就是映射一段被其他進程所訪問的內存，這段共享內存由一個進程創建，可由多個進程訪問。共享內存是最快的IPC方式，它是針對其他進程間通信方式的低運行效率而專門設計的。它往往與其他通信機制，如信號量，配合使用，來實現進程間的同步和通信。
套接字(socket)
套接字也是進程間通信的一種方式，與其他方式不同的是，它可以用在不同主機間的進程通信（也是它的主要用途）。
幾種方式的缺點
管道：
速度慢，容量有限，只能用於親緣關系進程間通信。
有名管道：
同管道，不過允許無親緣關系進程間通信。
消息隊列：
容量受系統限制，隊列中會遺留數據，讀時要考慮到這些未讀完的數據。
信號量：
主要用於同步，無法傳遞復雜的數據信息。

3. Linux的幾種進程間通信方法簡介

管道（pipe） 管道是Linux支持的最初IPC方式，管道可分為無名管道，有名管道等。 （一）無名管道，它具有幾個特點： 1） 管道是半雙工的，只能支持數據的單向流動；兩進程間需要通信時需要建立起兩個管道； 2） 無名管道使用pipe（）函數創建，只能用於父子進程或者兄弟進程之間； 3） 管道對於通信的兩端進程而言，實質上是一種獨立的文件，只存在於內存中； 4） 數據的讀寫操作：一個進程向管道中寫數據，所寫的數據添加在管道緩沖區的尾部；另一個進程在管道中緩沖區的頭部讀數據。 （二）有名管道 有名管道也是半雙工的，不過它允許沒有親緣關系的進程間進行通信。具體點說就是，有名管道提供了一個路徑名與之進行關聯，以FIFO（先進先出）的形式存在於文件系統中。這樣即使是不相乾的進程也可以通過FIFO相互通信，只要他們能訪問已經提供的路徑。 值得注意的是，只有在管道有讀端時，往管道中寫數據才有意義。否則，向管道寫數據的進程會接收到內核發出來的SIGPIPE信號；應用程序可以自定義該信號處理函數，或者直接忽略該信號。 二。信號量（semophore） 信號量是一種計數器，可以控制進程間多個線程或者多個進程對資源的同步訪問，它常實現為一種鎖機制。實質上，信號量是一個被保護的變數，並且只能通過初始化和兩個標準的原子操作（P/V）來訪問。（P,V操作也常稱為wait（s），signal（s）） 三。信號（Signal） 信號是Unix系統中使用的最古老的進程間通信的方法之一。操作系統通過信號來通知某一進程發生了某一種預定好的事件；接收到信號的進程可以選擇不同的方式處理該信號，一是可以採用默認處理機制-進程中斷或退出，一是忽略該信號，還有就是自定義該信號的處理函數，執行相應的動作。 內核為進程生產信號，來響應不同的事件，這些事件就是信號源。信號源可以是：異常，其他進程，終端的中斷（Ctrl-C,Ctrl+\等），作業的控制（前台，後台進程的管理等），分配額問題（cpu超時或文件過大等），內核通知（例如I/O就緒等），報警（計時器）。 四。消息隊列（Message Queue） 消息隊列就是消息的一個鏈表，它允許一個或者多個進程向它寫消息，一個或多個進程向它讀消息。Linux維護了一個消息隊列向量表：msgque,來表示系統中所有的消息隊列。 消息隊列克服了信號傳遞信息少，管道只能支持無格式位元組流和緩沖區受限的缺點。 五。共享內存（shared memory） 共享內存映射為一段可以被其他進程訪問的內存。該共享內存由一個進程所創建，然後其他進程可以掛載到該共享內存中。共享內存是最快的IPC機制，但由於linux本身不能實現對其同步控制，需要用戶程序進行並發訪問控制，因此它一般結合了其他通信機制實現了進程間的通信，例如信號量。 五。套接字（socket） socket也是一種進程間的通信機制，不過它與其他通信方式主要的區別是：它可以實現不同主機間的進程通信。

4. Linux進程間通信

進程間通信支持進程之間的通信，Linux支持進程間的多種通信機制，包含信號量、共享內存、消息
隊列、管道、UNIX域套接字等，這些機制可協助多個進程、多資源的互斥訪問、進程間的同步和消息傳
遞。在實際的Linux應用中，人們更多地趨向於使用UNIX域套接字，而不是System V IPC中的消息隊列等
機制。Android內核則新增了Binder進程間通信方式。
Linux內核5個組成部分之間的依賴關系如下。
·進程調度與內存管理之間的關系：這兩個子系統互相依賴。在多程序環境下，程序要運行，則必須
為之創建進程，而創建進程的第一件事情，就是將程序和數據裝入內存。
·進程間通信與內存管理的關系：進程間通信子系統要依賴內存管理支持共享內存通信機制，這種機
制允許兩個進程除了擁有自己的私有空間之外，還可以存取共同的內存區域。
·虛擬文件系統與網路介面之間的關系：虛擬文件系統利用網路介面支持網路文件系統（NFS），也
利用內存管理支持RAMDISK設備。
·內存管理與虛擬文件系統之間的關系：內存管理利用虛擬文件系統支持交換，交換進程定期由調度
程序調度，這也是內存管理依賴於進程調度的原因。當一個進程存取的內存映射被換出時，內存管理向虛
擬文件系統發出請求，同時，掛起當前正在運行的進程。
除了這些依賴關系外，內核中的所有子系統還要依賴於一些共同的資源。這些資源包括所有子系統都
用到的API，如分配和釋放內存空間的函數、輸出警告或錯誤消息的函數及系統提供的調試介面等。