理解Linux进程间通信(IPC)

linux下的进程通信手段基本上是从Unix平台上的进程通信手段继承而来的。而对Unix发展做出重大贡献的两大主力AT&T的贝尔实验室及BSD(加州大学伯克利分校的伯克利软件发布中心)在进程间通信方面的侧重点有所不同。前者对Unix早期的进程间通信手段进行了系统的改进和扩充,形成了“system V IPC”,通信进程局限在单个计算机内;后者则跳过了该限制,形成了基于套接口(socket)的进程间通信机制。Linux则把两者继承了下来,如图示:

其中,最初Unix IPC包括:管道、FIFO、信号;System V IPC包括:System V消息队列、System V信号灯、System V共享内存区;Posix IPC包括: Posix消息队列、Posix信号灯、Posix共享内存区。有两点需要简单说明一下:1)由于Unix版本的多样性,电子电气工程协会(IEEE)开发了一个独立的Unix标准,这个新的ANSI Unix标准被称为计算机环境的可移植性操作系统界面(PSOIX)。现有大部分Unix和流行版本都是遵循POSIX标准的,而Linux从一开始就遵循POSIX标准;2)BSD并不是没有涉足单机内的进程间通信(socket本身就可以用于单机内的进程间通信)。事实上,很多Unix版本的单机IPC留有BSD的痕迹,如4.4BSD支持的匿名内存映射、4.3+BSD对可靠信号语义的实现等等。

图一给出了linux 所支持的各种IPC手段,在本文接下来的讨论中,为了避免概念上的混淆,在尽可能少提及Unix的各个版本的情况下,所有问题的讨论最终都会归结到Linux环境下的进程间通信上来。并且,对于Linux所支持通信手段的不同实现版本(如对于共享内存来说,有Posix共享内存区以及System V共享内存区两个实现版本),将主要介绍Posix API。

linux下进程间通信的几种主要手段简介:

  1. 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;
  2. 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);
  3. 报文(Message)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。
  4. 共享内存:使得多个进程可以访问同一块内存空间,是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制,如信号量结合使用,来达到进程间的同步及互斥。
  5. 信号量(semaphore):主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。
  6. 套接口(Socket):更为一般的进程间通信机制,可用于不同机器之间的进程间通信。起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的,但现在一般可以移植到其它类Unix系统上:Linux和System V的变种都支持套接字。

下面将对上述通信机制做具体阐述。

附1:参考文献[2]中对linux环境下的进程进行了概括说明:

一般来说,linux下的进程包含以下几个关键要素:

  • 有一段可执行程序;
  • 有专用的系统堆栈空间;
  • 内核中有它的控制块(进程控制块),描述进程所占用的资源,这样,进程才能接受内核的调度;
  • 具有独立的存储空间

进程和线程有时候并不完全区分,而往往根据上下文理解其含义。

参考资料

  • UNIX环境高级编程,作者:W.Richard Stevens,译者:尤晋元等,机械工业出版社。具有丰富的编程实例,以及关键函数伴随Unix的发展历程。
  • linux内核源代码情景分析(上、下),毛德操、胡希明著,浙江大学出版社,提供了对linux内核非常好的分析,同时,对一些关键概念的背景进行了详细的说明。
  • UNIX网络编程第二卷:进程间通信,作者:W.Richard Stevens,译者:杨继张,清华大学出版社。一本比较全面阐述Unix环境下进程间通信的书(没有信号和套接口,套接口在第一卷中)。

参考:http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/

时间: 2024-08-29 09:08:57

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Linux 进程间通信(IPC)

Linux 进程间通信(IPC): Linux系统中除了进程和进程之间通信,我想大家也应该关注用户空间与内核空间是如何通信的,比方说netlink等等.除了传统进程间通信外像Socket通信也需要掌握的! /*-------------------------------------------------------------------------- * Project: aipc.c * Name: zwp * Date: 2014/6 *------------------------

Linux进程间通信(IPC)简介

Linux IPC的发展 Linux下的进程通信手段基本上是从UNIX平台上的进程通信手段继承而来的.而对UNIX发展做出重大贡献的两大主力AT&T的贝尔实验室及BSD(加州大学伯克利分校的伯克利软件发布中心)在进程间的通信方面的侧重点有所不同.前者是对UNIX早期的进程间通信手段进行了系统的改进和扩充,形成了"system V IPC",其通信进程主要局限在单个计算机内:而BSD则跳过了该限制,形成了基于套接口(socket)的进程间通信机制.而Linux则把两者的优势都继承

Linux进程间通信(IPC)机制总览

Linux进程间通信 Ø  管道与消息队列 ü  匿名管道,命名管道 ü  消息队列 Ø  信号 ü  信号基础 ü  信号应用 Ø  锁与信号灯 ü  记录锁 ü  有名信号灯 ü  无名信号灯(基于内存的信号灯) Ø  共享内存 ü  共享内存介绍 ü  文件映射内存方式 ü  共享内存对象方式 为什么需要进程间通信 Ø  数据传输代表:管道 FIFO 消息队列 SOCKET Ø  事件通知代表:信号 Ø  分工协作代表:锁和信号灯 Ø  高效数据共享代表:共享内存 进程间通信主要分支及演进

Linux进程间通信 --- IPC机制(转)

在linux下的多个进程间的通信机制叫做IPC(Inter-Process Communication),它是多个进程之间相互沟通的一种方法.在linux下有多种进程间通信的方法:半双工管道.命名管道.消息队列.信号.信号量.共享内存.内存映射文件,套接字等等.使用这些机制可以为linux下的网络服务器开发提供灵活而又坚固的框架. 1. 管道 (PIPE)    管道实际是用于进程间通信的一段共享内存,创建管道的进程称为管道服务器,连接到一个管道的进程为管道客户机.一个进程在向管道写入数据后,另

Linux进程间通信(IPC)编程实践(十二)Posix消息队列--基本API的使用

posix消息队列与system v消息队列的差别: (1)对posix消息队列的读总是返回最高优先级的最早消息,对system v消息队列的读则可以返回任意指定优先级的消息. (2)当往一个空队列放置一个消息时,posix消息队列允许产生一个信号或启动一个线程,system v消息队列则不提供类似机制. 队列中的每个消息具有如下属性: 1.一个无符号整数优先级(posix)或一个长整数类型(system v) 2.消息的数据部分长度(可以为0) 3.数据本身(如果长度大于0) Posix消息队

Linux进程间通信(IPC)编程实践(十一)System V信号量---实现一个先进先出的共享内存shmfifo

使用消息队列即可实现消息的先进先出(FIFO), 但是使用共享内存实现消息的先进先出则更加快速; 我们首先完成C语言版本的shmfifo(基于过程调用), 然后在此基础上实现C++版本的ShmFifo, 将1块共享内存与3个信号量(1个mutext信号量, 1个full信号量, 1个empty信号量)封装成一个类ShmFifo, 然后编写各自的测试代码; shmfifo说明: 将申请到的共享内存作为一块缓冲区, 将该内存的首部(p_shm到p_payload的内容)格式化为如上图所示的形式; 读

Linux进程间通信(IPC)编程实践(二) FIFO命名管道

在前一篇文章中,我们讲解了如何使用匿名管道来在进程之间传递数据,同时也看到了这个方式的一个缺陷,就是这些进程都由一个共同的祖先进程启动,这给我们在不相关的的进程之间交换数据带来了不方便.这里将会介绍进程的另一种通信方式--命名管道,来解决不相关进程间的通信问题. 什么是命名管道 命名管道也被称为FIFO文件,它是一种特殊类型的文件,它在文件系统中以文件名的形式存在,但是它的行为却和之前所讲的没有名字的管道(匿名管道)类似. 由于Linux中所有的事物都可被视为文件,所以对命名管道的使用也就变得与

练习--LINUX进程间通信之消息队列MSG

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/part3/ 继续坚持,或许不能深刻理解,但至少要保证有印象. ~~~~~~~~~~~~~~ 消息队列(也叫做报文队列)能够克服早期unix通信机制的一些缺点.作为早期unix通信机制之一的信号能够传送的信息量有限,后来虽然POSIX 1003.1b在信号的实时性方面作了拓广,使得信号在传递信息量方面有了相当程度的改进,但是信号这种通信方式更像"即时"的通信方式,它要求接受信号的进程在某