進程間通信的概念

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量在另一個進程中都看不到。因此，進程之間要交換數(shù)據(jù)必須通過內(nèi)核，在內(nèi)核中開辟一塊緩沖區(qū)，進程1把數(shù)據(jù)從用戶空間拷到內(nèi)核緩沖區(qū)，進程2再從內(nèi)核緩沖區(qū)把數(shù)據(jù)讀走，內(nèi)核提供的這種機制稱為進程間通信 IPC（InterProcess Communication）。

進程間通信 IPC

進程間通信的應用場景

（1）數(shù)據(jù)傳輸

一個進程需要將它的數(shù)據(jù)發(fā)送給另一個進程，發(fā)送的數(shù)據(jù)量在一個字節(jié)到幾兆字節(jié)之間。

（2）共享數(shù)據(jù)

多個進程想要操作共享數(shù)據(jù)，一個進程對共享數(shù)據(jù)的修改，別的進程應該立刻看到。

（3）通知事件

一個進程需要向另一個或一組進程發(fā)送消息，通知它（它們）發(fā)生了某種事件。

（4）資源共享

多個進程之間共享同樣的資源，需要內(nèi)核提供鎖和同步機制。

（5）進程控制

有些進程希望完全控制另一個進程的執(zhí)行（如Debug進程），此時控制進程希望能夠攔截另一個進程的所有陷入和異常，并能夠及時知道它的狀態(tài)改變。

1.管道

管道是通過調(diào)用 pipe 函數(shù)創(chuàng)建的，fd[0] 用于讀，fd[1] 用于寫。

#include <unistd.h>

int pipe(intfd[2]);

限制：①只支持半雙工通信（單向交替?zhèn)鬏敚虎谥荒茉诟缸舆M程或者兄弟進程中使用。

管道

2.FIFO

FIFO也稱為管道，與上述管道不同的是沒有只能在父子進程中使用的限制。

#include<sys/stat.h>

int mkfifo(const char *path, mode_t mode);

int mkfifoat(int fd, const char *path, mode_t mode);

FIFO 常用于客戶-服務器應用程序中，F(xiàn)IFO 用作匯聚點，在客戶進程和服務器進程之間傳遞數(shù)據(jù)。

管道 FIFO

3.消息隊列

消息隊列是存放在內(nèi)核中的消息鏈表，每個消息隊列由消息隊列標識符表示。

①?消息隊列允許一個或多個進程向它寫入與讀取消息。

②?管道和消息隊列的通信數(shù)據(jù)都是先進先出的原則

③消息隊列克服了信號傳遞信息少、管道只能承載無格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺點。

4.信號量

信號量是是一個計數(shù)器，用于多個進程之間訪問共享數(shù)據(jù)，即進程間同步。

工作機制：信號量的初值（>0），每當有進程申請使用信號量，通過一個P操作來對信號量進行-1操作。當計數(shù)器減到0的時候就說明沒有資源了，其他進程要想訪問就必須等待。當該進程執(zhí)行完之后，就會執(zhí)行V操作來對信號量進行+1操作。

信號量

5.共享內(nèi)存

多個進程可以直接讀寫同一塊內(nèi)存空間（最快的 IPC ）。

工作機制：將不同進程的虛擬內(nèi)存地址映射到相同的物理內(nèi)存地址，實現(xiàn)共享內(nèi)存。內(nèi)核有一塊內(nèi)存區(qū)，可以將進程的私有地址空間映射到該內(nèi)存區(qū)，因此進程間可以直接讀寫這一塊內(nèi)存而不需要進行數(shù)據(jù)的拷貝。

共享內(nèi)存

6.套接字socket

套接字socket是一種通信機制，實現(xiàn)進程間（本地/跨網(wǎng)絡(luò)）的通信。socket是應用層和傳輸層之間的橋梁。

socket的數(shù)據(jù)交互

socket通信的基本流程如下：

socket通信的基本流程