进程之间的通信方式

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2022-12-03 12:59 170阅读 0赞

进程间通信方式一般有以下几种：  
1、管道，匿名管道，命名管道  
2、信号  
3、信号量  
4、消息队列  
5、共享内存  
6、socket

# 管道 #

*  管道数据只能单向流动，所以如果要实现双向通信，就要创建2个管道
 *  管道分为匿名管道和命名管道
    
     *  匿名管道只能在父子进程关系之间使用
     *  命名管道，可以在不关联的两个进程之间使用，因为它创建了一个类型为管道的设备文件，使用这个设备文件就可以通信。
 *  管道只能承载无格式的字节流

# 信号 #

信号是进程之间唯一的异步通信机制，信号的主要来源主要有硬件来源（入键盘操作ctrl + C） 和软件来源（如kill命令），信号传递的信息比较少，主要用于通知进程某个时间已经发生。比如利用kill pid，可以让系统优雅停机。

# 信号量 #

信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对资源的访问，通常作为一种锁机制，防止某个进程正在访问共享资源，其他进程也访问资源

# 消息队列 #

消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式的字节流，消息到了就放进去，需要的时候去取。与命名管道相比：消息队列的优势在于，它独立于发送和接收线程，消除了在同步命名管道的打开和关闭时可能产生的一些困难。

# 共享内存 #

共享内存就是映射一段能被进程之间共享的内存，这段内存由一个进程创建，但是多个进程都可以共享访问，是最快的一种进程间通信的方式（不需要从用户态到内核态的切换），它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。

# socket #

socket套接字，不仅仅可以用于本地进程通信，还可以用于不通主机进程之间的通信。

# 关于管道： #

匿名管道的创建，需要通过下面这个系统调用：  
intpipe(int fd\[2\])  
这里表示创建一个匿名管道，并返回了两个描述符，一个是管道的读取端描述符  
fd\[0\]，另一个是管道的写入端描述符 fd\[1\]。注意，这个匿名管道是特殊的文件，只存在于内存，不存于文件系统中。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2E3MTg1MTUwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
其实，所谓的管道，就是内核里面的一串缓存。从管道的一段写入的数据，实际上是缓存在内核中的，另一端读取，也就是从内核中读取这段数据。另外，**管道传输的数据是无格式的流且大小受限**。  
看到这，你可能会有疑问了，这两个描述符都是在一个进程里面，并没有起到进程间通信的作用，怎么样才能使得管道是跨过两个进程的呢？  
我们可以使用 fork 创建子进程，创建的子进程会复制父进程的文件描述符，这样就做到了两个进程各有两个「 fd\[0\] 与 fd\[1\]」，两个进程就可以通过各自的 fd 写入和读取同一个管道文件实现跨进程通信了。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2E3MTg1MTUwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

管道只能一端写入，另一端读出，所以上面这种模式容易造成混乱，因为父进程和子进程都可以同时写入，也都可以读出。那么，为了避免这种情况，通常的做法是：  
父进程关闭读取的 fd\[0\]，只保留写入的 fd\[1\]；  
子进程关闭写入的 fd\[1\]，只保留读取的 fd\[0\]；

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2E3MTg1MTUwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]  
**所以说如果需要双向通信，则应该创建两个管道。**  
到这里，我们仅仅解析了使用管道进行父进程与子进程之间的通信，但是在我们 shell 里面并不是这样的。  
**在 shell 里面执行 A | B命令的时候，A 进程和 B 进程都是 shell 创建出来的子进程，A 和 B 之间不存在父子关系，它俩的父进程都是 shell。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2E3MTg1MTUwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
所以说，在 shell 里通过「|」匿名管道将多个命令连接在一起，实际上也就是创建了多个子进程，那么在我们编写 shell 脚本时，能使用一个管道搞定的事情，就不要多用一个管道，这样可以减少创建子进程的系统开销。

我们可以得知，对于匿名管道，它的通信范围是存在父子关系的进程。因为管道没有实体，也就是没有管道文件，只能通过 fork 来复制父进程 fd 文件描述符，来达到通信的目的。

另外，对于命名管道，它可以在不相关的进程间也能相互通信。因为命令管道，提前创建了一个类型为管道的设备文件，在进程里只要使用这个设备文件，就可以相互通信。

不管是匿名管道还是命名管道，进程写入的数据都是缓存在内核中，另一个进程读取数据时候自然也是从内核中获取，同时通信数据都遵循先进先出原则，不支持 lseek 之类的文件定位操作。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2E3MTg1MTUwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221123/dde16174b65340ca9483d26909c48df1.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2E3MTg1MTUwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20221123/4f69c172311d4ccfb1c4fcc14c9c8583.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2E3MTg1MTUwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]: /images/20221123/d882141b57524611b7df86bf7a81bc3f.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2E3MTg1MTUwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]: /images/20221123/553304444c974279bd16a1cd12586d3f.png