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linux进程通信(IPC)

linux进程通信(IPC)

作者: lintong | 来源:发表于2015-03-02 14:37 被阅读194次

    本文摘抄自linux进程间通信
    信号可以看作一种粗糙的进程间通信的方式,用以向进程封闭的内存空间传递信息。为了让进程间传递更多的信息量,我们需要其他的进程间通信方式。这些进程间通信方式可以分为两种:
    管道机制。在Linux文本流中,我们提到可以使用管道将一个进程的输出和另一个进程的输入连接起来,从而利用文件操作API来管理进程间通信。在shell中,我们经常利用管道将多个进程连接在一起,从而让各个进程协作,实现复杂的功能。
    传统IPC。我们主要是指消息队列(message queue),信号量
    (semaphore),共享内存(shared memory)。这些IPC的特点是允许多
    进程之间共享资源,这与多线程共享heap和global data相类似。由于
    多进程任务具有并发性 (每个进程包含一个进程,多个进程的话就有多个线程),所以在共享资源的时候也必须解决同步的问题。

    传统IPC

    这几种传统IPC实际上有很悠久的历史,所以其实现方式也并不完善 (比如说我们需要某个进程负责删除建立的IPC)。
    一个共同的特征是它们并不使用文件操作的API。对于任何一种IPC来说,你都可以建立多个连接,并使用键值(key)作为识别的方式。我们可以在一个进程中中通过键值来使用的想要那一个连接 (比如多个消息队列,而我们选择使用其中的一个)。键值可以通过某种IPC方式在进程间传递(比如说我们上面说的PIPE,FIFO或者写入文件),也可以在编程的时候内置于程序中。

    在几个进程共享键值的情况下,这些传统IPC非常类似于多线程共享资源的方式:
    semaphore与mutex类似,用于处理同步问题。我们说mutex像是一个只能容纳一个人的洗手间,那么semaphore就像是一个能容纳N个人的洗手间。其实从意义上来说,semaphore就是一个计数锁(我觉得将semaphore翻译成为信号量非常容易让人混淆semaphore与signal),它允许被N个进程获得。当有更多的进程尝试获得semaphore的时候,就必须等待有前面的进程释放锁。当N等于1的时候,semaphore与mutex实现的功能就完全相同。许多编程语言也使用semaphore处理多线程同步的问题。一个semaphore会一直存在在内核中,直到某个进程删除它。
    共享内存与多线程共享global data和heap类似。一个进程可以将自己内存空间中的一部分拿出来,允许其它进程读写。当使用共享内存的时候,我们要注意同步的问题。我们可以使用semaphore同步,也可以在共享内存中建立mutex或其它的线程同步变量来同步。由于共享内存允许多个进程直接对同一个内存区域直接操作,所以它是效率最高的IPC方式。

    消息队列(message queue)与PIPE相类似。它也是建立一个队列,先放入队列的消息被最先取出。不同的是,消息队列允许多个进程放入消息,也允许多个进程取出消息。每个消息可以带有一个整数识别符(message_type)。你可以通过识别符对消息分类 (极端的情况是将每个消息设置一个不同的识别符)。某个进程从队列中取出消息的时候,可以按照先进先出的顺序取出,也可以只取出符合某个识别符的消息(有多个这样的消息时,同样按照先进先出的顺序取出)。消息队列与PIPE的另一个不同在于它并不使用文件API。最后,一个队列不会自动消失,它会一直存在于内核中,直到某个进程删除该队列。

    多进程协作可以帮助我们充分利用多核和网络时代带来的优势。多进程可以有效解决计算瓶颈的问题。互联网通信实际上也是一个进程间通信的问题,只不过这多个进程分布于不同的电脑上。网络连接是通过socket实现的。由于socket内容庞大,所以我们不在这里深入。一个小小的注解是,socket也可以用于计算机内部进程间的通信。

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