进程间8种通讯方式

进程通信:
每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到,所以进程之间要交换数据必须通过内核,在内核中开辟一块缓冲区,进程A把数据从用户空间拷到内核缓冲区,进程B再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程间通信。

[TOC]

进程间8种通讯方式

匿名管道通信

匿名管道( pipe ):管道是一种半双工的通信方式,数据只能单向流动,而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。

// 需要的头文件
#include <unistd.h>

// 通过pipe()函数来创建匿名管道
// 返回值:成功返回0,失败返回-1
// fd参数返回两个文件描述符
// fd[0]指向管道的读端,fd[1]指向管道的写端
// fd[1]的输出是fd[0]的输入。
int pipe (int fd[2]);

通过匿名管道实现进程间通信的步骤如下:

父进程创建管道,得到两个⽂件描述符指向管道的两端
父进程fork出子进程,⼦进程也有两个⽂件描述符指向同⼀管道。
父进程关闭fd[0],子进程关闭fd[1],即⽗进程关闭管道读端,⼦进程关闭管道写端(因为管道只支持单向通信)。⽗进程可以往管道⾥写,⼦进程可以从管道⾥读,管道是⽤环形队列实现的,数据从写端流⼊从读端流出,这样就实现了进程间通信。
详细可参考文章:进程间的通信方式——pipe(管道)

高级管道通信

高级管道(popen):将另一个程序当做一个新的进程在当前程序进程中启动,则它算是当前程序的子进程,这种方式我们成为高级管道方式。

有名管道通信

有名管道 (named pipe) : 有名管道也是半双工的通信方式,但是它允许无亲缘关系进程间的通信。

消息队列通信

消息队列( message queue ) : 消息队列是由消息的链表,存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

信号量通信

信号量( semophore ) : 信号量是一个计数器,可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制,防止某进程正在访问共享资源时,其他进程也访问该资源。因此,主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。

信号

信号 ( sinal ) : 信号是一种比较复杂的通信方式,用于通知接收进程某个事件已经发生。

共享内存通信

共享内存( shared memory ) :共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存,这段共享内存由一个进程创建,但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式,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,如信号两,配合使用,来实现进程间的同步和通信。

套接字通信

套接字( socket ) : 套接口也是一种进程间通信机制,与其他通信机制不同的是,它可用于不同机器间的进程通信。

之前写过一个课程设计:基于Internet的Linux客户机/服务器系统通讯设计与实现

是利用sock通信实现的,可以参考一下。

通信过程如下:

命名socket

SOCK_STREAM 式本地套接字的通信双方均需要具有本地地址,其中服务器端的本地地址需要明确指定,指定方法是使用 struct sockaddr_un 类型的变量。

绑定

SOCK_STREAM 式本地套接字的通信双方均需要具有本地地址,其中服务器端的本地地址需要明确指定,指定方法是使用 struct sockaddr_un 类型的变量,将相应字段赋值,再将其绑定在创建的服务器套接字上,绑定要使用 bind 系统调用,其原形如下:

int bind(int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len);
1
其中 socket表示服务器端的套接字描述符,address 表示需要绑定的本地地址,是一个 struct sockaddr_un 类型的变量,address_len 表示该本地地址的字节长度。

监听

服务器端套接字创建完毕并赋予本地地址值(名称,本例中为Server Socket)后,需要进行监听,等待客户端连接并处理请求,监听使用 listen 系统调用,接受客户端连接使用accept系统调用,它们的原形如下:

int listen(int socket, int backlog);

int accept(int socket, struct sockaddr *address, size_t *address_len);

其中 socket 表示服务器端的套接字描述符;backlog 表示排队连接队列的长度(若有多个客户端同时连接,则需要进行排队);address 表示当前连接客户端的本地地址,该参数为输出参数,是客户端传递过来的关于自身的信息;address_len 表示当前连接客户端本地地址的字节长度,这个参数既是输入参数,又是输出参数。

连接服务器

客户端套接字创建完毕并赋予本地地址值后,需要连接到服务器端进行通信,让服务器端为其提供处理服务。

对于SOCK_STREAM类型的流式套接字,需要客户端与服务器之间进行连接方可使用。连接要使用 connect 系统调用,其原形为

int connect(int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len);

其中socket为客户端的套接字描述符,address表示当前客户端的本地地址,是一个 struct sockaddr_un 类型的变量,address_len 表示本地地址的字节长度。实现连接的代码如下:

connect(client_sockfd, (struct sockaddr*)&client_address, sizeof(client_address));

相互发送接收数据

无论客户端还是服务器,都要和对方进行数据上的交互,这种交互也正是我们进程通信的主题。一个进程扮演客户端的角色,另外一个进程扮演服务器的角色,两个进程之间相互发送接收数据,这就是基于本地套接字的进程通信。发送和接收数据要使用 write 和 read 系统调用,它们的原形为:

int read(int socket, char *buffer, size_t len);
int write(int socket, char *buffer, size_t len);

其中 socket 为套接字描述符;len 为需要发送或需要接收的数据长度;

对于 read 系统调用,buffer 是用来存放接收数据的缓冲区,即接收来的数据存入其中,是一个输出参数;

对于 write 系统调用,buffer 用来存放需要发送出去的数据,即 buffer 内的数据被发送出去,是一个输入参数;返回值为已经发送或接收的数据长度。

断开连接

交互完成后,需要将连接断开以节省资源,使用close系统调用,其原形为:

int close(int socket);

版权声明:本文为CSDN博主「Violet-Guo」的原创文章,遵循CC 4.0 by-sa版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接:https://blog.csdn.net/violet_echo_0908/article/details/51201278


注:

通讯方式的选择:
PIPE和FIFO用来实现进程间相互发送非常短小的、频率很高的消息;这两种方式通常适用于两个进程间的通信。

共享内存用来实现进程间共享的、非常庞大的、读写操作频率很高的数据(配合信号量使用);这种方式通常适用于多进程间通信。

其他考虑用socket。这里的“其他情况”,其实是今天主要会碰到的情况:分布式开发
在多进程、多线程、多模块所构成的今天最常见的分布式系统开发中,socket是第一选择。

消息队列,现在建议不要使用了 —- 因为找不到使用它们的理由。

从易用性,可扩展性等方面考虑,只使用socket就行了。性能不够,加块CPU。
理论来源:https://www.zhihu.com/question/23995948

关于消息队列

这里主要说一下关于消息队列的缺点。消息队列是在系统范围内起作用的,没有引用计数。当消息队列终止而队列中还存有消息的时候,该消息队列及其内容不会被删除,将一直保留至系统中发生的一些动作为止:

  • 某个进程调用msgrcv或msgctl读消息或删除消息队列;
  • 某个进程执行ipcrm命令删除消息队列;
  • 正在自举的系统删除消息队列。对于匿名管道,最后一个引用管道的进程终止,管道就被删除;对于有名管道,最后一个引用 FIFO 的进程终止,虽然 FIFO 名字保留在系统中,但留在 FIFO 的数据已经被删除

《APUE》一书指出,消息队列原来主要是提供高于一般速度的IPC,但现在与其他形式的IPC相比,速度上已没有太多的优势,因此,考虑消息队列遇到的问题,在新的应用程序中,不应再考虑使用它来实现 IPC。

作者:Zyoung
链接:https://www.zhihu.com/question/23995948/answer/538348089
来源:知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。