linux 学习 day06 进程通信

进程通信的目的

1、 数据传输： 一个进程需要将它的数据发送给另一个进程。
2、 资源共享： 多个进程之间共享同样的资源。
3、 通知事件： 一个进程需要想另一个或一组进程发送消息，通知它（它们）发生了某种事件如（进程终止时通知其父进程）。
4、 进程控制： 有些进程希望完全控制另一个进程的执行如（debug进程），此时控制进程希望能够拦截另一个进程所有陷入和异常，并能够及时知道它的状态改变。

进程通信分类

管道

• 匿名管道pipe。
• 命名管道。

System V IPC

• System V 消息队列
• System V 共享内存
• System V 信号量

POSIX IPC

• 消息队列
• 共享内存
• 信号量
• 互斥量
• 条件变量
• 读写锁

管道

什么是管道？

• 管道是Unix中最古老的进程间通信的形式。
• 我们把从一个进程连接到另一个进程的数据流称为一个“管道”。

匿名管道

匿名管道一般用于有血缘关系的进程间通信

用fork 来共享管道原理

在文件描述符的角度理解管道

内核角度-管道的本质

管道读写规则

• 当没有数据可读时

• 0_NONBLOCK disable: read 调用阻塞，即进程暂停执行，一直等到有数据来为止。
• O_NONBLOCK enable: read 调用返回-1，errno == EAGAIN。

• 当管道满的时候

• O_NONBLOCK diable: write 调用阻塞，直到有进程读走数据。
• O_NONBLOCK enable: wirte 调用返回-1,errno == EAGAIN。

• 如果所有管道写端对应的文件描述符被关闭，read 返回 0；
• 如果所有管道读端对应的文件描述符被关闭，则write 操作会产生信号 SIGPIPE，进而可能导致进程退出。
• 当要写入的数据量不大于 PIPI_BUF时，linux 将保证写入的原子性。
• 当写入的数据量大于 PIPE_BUF时，linux 将不再保证写入的原子性。

管道的特点

• 只能用于具有共同祖先的进程（有血缘关系的进程）之间进行通信；通常，一个管道由一个进程创建，让后该进程调用frok,此后父、子进程之间就可应用该管道。
• 管道提供流式服务。
• 一般而言，进程退出，管道释放，所以管道的生命周期随进程。
• 一般而言，内核会对管道进行同步互斥。
• 管道是半双工的，数据只能从一个方向流动；需要双方通信时，最好建立两个管道。
  

匿名管道实例

命名管道

• 管道应用存在一个限制就是只能在具有共同祖先的进程间通信。
• 如果我们想在不想管进程之间交换数据，可以使用FIFO文件来做这项工作，它经常被称为命名管道。
• 命名管道是一种特殊的文件。

创建一个命名管道

命名管道与匿名管道的区别

• 匿名管道由pipe函数创建并打开。
• 命名管道由mkfifo函数创建，打开用open。
• FIFO（命名管道）与 pipe（匿名管道）之间唯一的区别就是打开方式不同，一旦这些工作完成之后，它们具有相同的语义。

命名管道打开规则

• 如果当前打开操作是为读而打开FIFO时

• O_NONBLOCK disable: 阻塞知道友相应进程为写打开FIFO。
• O_NONBLOCK enable: 立刻返回成功。

• 如果当前打开操作是为写而打开FIFO时。

• O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO。
• O_NONBLOCK enable：立刻返回失败，错误码为ENXIO。

命名管道实例

用命名管道实现server&client通信

System V 共享内存

共享内存区是最快的IPC形式，一旦这样的内存映射到共享它的地址空间，这些进程间数据传递不在涉及到内核，换句话说进程不在通过执行系统调用来传递彼此的数据。

共享内存示意图

共享内存数据结构

共享内存函数

共享内存示例代码

System V 消息队列

• 消息队列提供了一个从一个进程向另一个进程发送一块数据的方法。
• 每个数据快都被认为是一个类型，接收者进程的数据块可以有不同的类型值。

• IPC 资源必须删除，否则不会自动清理，除非重启，所以System V IPC资源的生命周期随内核。

System V 信号量

信号量主要用于同步呵互斥的。

进程互斥

• 由于各进程要求共享资源，而且有些资源需要互斥使用，因此各进程间竞争使用这些资源，进程这种关系为进程的互斥。
• 系统中某些资源一次只允许一个进程使用，称这样的资源为临界资源或互斥资源。
• 在进程中涉及到互斥资源的程序段交临界区。

• IPC 资源必须删除，否则不会自动清理，除非重启，所以System V IPC资源的生命周期随内核。