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经典技巧之Linux进程间通信

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2022-02-09 17:38:571924浏览

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。

经典技巧之Linux进程间通信

·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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