基于linux平臺的進(jìn)程通信技術(shù)簡(jiǎn)介

linux下的進(jìn)程通信手段基本上是從Unix平臺上的進(jìn)程通信手段繼承而來(lái)的。而對Unix發(fā)展做出重大貢獻的兩大主力ATamp;T的貝爾實(shí)驗室及BSD（加州大學(xué)伯克利分校的伯克利軟件發(fā)布中心）在進(jìn)程間通信方面的側重點(diǎn)有所不同。前者對Unix早期的進(jìn)程間通信手段進(jìn)行了系統的改進(jìn)和擴充，形成了“system V IPC”，通信進(jìn)程局限在單個(gè)計算機內；后者則跳過(guò)了該限制，形成了基于套接口（socket）的進(jìn)程間通信機制。Linux則把兩者繼承了下來(lái)，如圖示：

其中，最初Unix IPC包括：管道、FIFO、信號；System V IPC包括：System V消息隊列、System V信號燈、System V共享內存區；Posix IPC包括：

Posix消息隊列、Posix信號燈、Posix共享內存區。有兩點(diǎn)需要簡(jiǎn)單說(shuō)明一下：

1）由于Unix版本的多樣性，電子電氣工程協(xié)會(huì )（IEEE）開(kāi)發(fā)了一個(gè)獨立的Unix標準，這個(gè)新的ANSI Unix標準被稱(chēng)為計算環(huán)境的可移植性操作系統界面（PSOIX）?，F有大部分Unix和流行版本都是遵循POSIX標準的，而Linux從一開(kāi)始就遵循POSIX標準；

2）BSD并不是沒(méi)有涉足單機內的進(jìn)程間通信（socket本身就可以用于單機內的進(jìn)程間通信）。事實(shí)上，很多Unix版本的單機IPC留有BSD的痕跡，如4.4BSD支持的匿名內存映射、4.3+BSD對可靠信號語(yǔ)義的實(shí)現等等。

linux下進(jìn)程間通信的幾種主要手段簡(jiǎn)介：

1、管道

管道是進(jìn)程間通信中最古老的方式，它包括無(wú)名管道和有名管道兩種，前者可用于具有親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信，即可用于父進(jìn)程和子進(jìn)程間的通信，后者額克服了管道沒(méi)有名字的限制，因此，除具有前者所具有的功能外，它還允許無(wú)親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信，即可用于運行于同一臺機器上的任意兩個(gè)進(jìn)程間的通信。

無(wú)名管道由pipe（）函數創(chuàng )建：

#include unistd.h>

int pipe(int filedis[2])；

參數filedis返回兩個(gè)文件描述符：filedes[0]為讀而打開(kāi)，filedes[1]為寫(xiě)而打開(kāi)。filedes[1]的輸出是filedes[0]的輸入。

在Linux系統下，有名管道可由兩種方式創(chuàng )建：命令行方式mknod系統調用和函數mkfifo。下面的兩種途徑都在當前目錄下生成了一個(gè)名為myfifo的有名管道：

方式一：mkfifo(myfifo,rw);

方式二：mknod myfifo p

生成了有名管道后，就可以使用一般的文件I/O函數如open、close、read、write等來(lái)對它進(jìn)行操作。

2、消息隊列

消息隊列是消息的鏈接表，包括Posix消息隊列system

V消息隊列。消息隊列用于運行于同一臺機器上的進(jìn)程間通信，它和管道很相似，有足夠權限的進(jìn)程可以向隊列中添加消息，被賦予讀權限的進(jìn)程則可以讀走隊列中的消息。消息隊列克服了信號承載信息量少，管道只能承載無(wú)格式字節流以及緩沖區大小受限等缺點(diǎn)。

我們可以用流管道或者套接口的方式來(lái)取代它。

3、共享內存

共享內存是運行在同一臺機器上的進(jìn)程間通信最快的方式，因為數據不需要在不同的進(jìn)程間復制。通常由一個(gè)進(jìn)程創(chuàng )建一塊共享內存區，其余進(jìn)程對這塊內存區進(jìn)行讀寫(xiě)。共享內存往往與其它通信機制，如信號量結合使用，來(lái)達到進(jìn)程間的同步及互斥。

首先要用的函數是shmget，它獲得一個(gè)共享存儲標識符。

#include sys/types.h>

#include sys/ipc.h>

#include sys/shm.h>

int shmget(key_t key, int size, int flag);

這個(gè)函數有點(diǎn)類(lèi)似大家熟悉的malloc函數，系統按照請求分配size大小的內存用作共享內存。Linux系統內核中每個(gè)IPC結構都有的一個(gè)非負整數的標識符，這樣對一個(gè)消息隊列發(fā)送消息時(shí)只要引用標識符就可以了。這個(gè)標識符是內核由IPC結構的關(guān)鍵字得到的，這個(gè)關(guān)鍵字，就是上面第一個(gè)函數的key。數據類(lèi)型key_t是在頭文件sys/types.h中定義的，它是一個(gè)長(cháng)整形的數據。在我們后面的章節中，還會(huì )碰到這個(gè)關(guān)鍵字。

當共享內存創(chuàng )建后，其余進(jìn)程可以調用shmat（）將其連接到自身的地址空間中。

void *shmat(int shmid, void *addr, int flag);

shmid為shmget函數返回的共享存儲標識符，addr和flag參數決定了以什么方式來(lái)確定連接的地址，函數的返回值即是該進(jìn)程數據段所連接的實(shí)際地址，進(jìn)程可以對此進(jìn)程進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

使用共享存儲來(lái)實(shí)現進(jìn)程間通信的注意點(diǎn)是對數據存取的同步，必須確保當一個(gè)進(jìn)程去讀取數據時(shí)，它所想要的數據已經(jīng)寫(xiě)好了。通常，信號量被要來(lái)實(shí)現對共享存儲數據存取的同步，另外，可以通過(guò)使用shmctl函數設置共享存儲內存的某些標志位如SHM_LOCK、SHM_UNLOCK等來(lái)實(shí)現。