深入理解Linux进程间通信

Linux

进程间通信

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目录................................................................................................................................................ 1

Linux 环境进程间通信（一）....................................................................................................... 3

Linux 环境进程间通信（二）: 信号（上）................................................................................ 20

Linux 环境进程间通信（二）: 信号（下）................................................................................ 31

Linux 环境进程间通信（三）..................................................................................................... 41

Linux 环境进程间通信（四）..................................................................................................... 53

Linux 环境进程间通信（五）: 共享内存（上）........................................................................ 66

Linux 环境进程间通信（五）: 共享内存（下）........................................................................ 76

Linux 环境进程间通信（六）..................................................................................................... 81

深刻理解 Linux 进程间通信（IPC）

郑彦兴 国防科大计算机学院

年 月 日

一个大型的应用系统，往往需要众多进程协作，进程（ 进程概念见附

）间通信的重要性显而易见。本系列文章阐述了  环境下的几种主要进

程间通信手段，并针对每个通信手段关键技术环节给出详细实例。为达到阐明

问题的目的，本文还对某些通信手段的内部实现机制进行了分析。

序

下的进程通信手段基本上是从  平台上的进程通信手段继承而来的。

而对  发展做出重大贡献的两大主力  的贝尔实验室及 （加州大

学伯克利分校的伯克利软件发布中心）在进程间通信方面的侧重点有所不同。

前者对  早期的进程间通信手段进行了系统的改进和扩充，形成了

“ !"#，通信进程局限在单个计算机内；后者则跳过了该限制，形成

了基于套接口（$）的进程间通信机制。 则把两者继承了下来，如

图示：

其中，最初  !" 包括：管道、% %&、信号； !" 包括：

 消息队列、 信号灯、 共享内存区；! !"

包括： ! 消息队列、! 信号灯、! 共享内存区。有两点需要简单

说明一下：）由于  版本的多样性，电子电气工程协会（ '''）开发了

一个独立的  标准，这个新的 (  标准被称为计算机环境的可移植

性操作系统界面（!& )）。现有大部分  和流行版本都是遵循 !& ) 标

准的，而  从一开始就遵循 !& ) 标准；） 并不是没有涉足单机

内的进程间通信（$ 本身就可以用于单机内的进程间通信）。事实上，很

多  版本的单机 !" 留有  的痕迹，如 ** 支持的匿名内存映射、

*+ 对可靠信号语义的实现等等。

图一给出了 所支持的各种 !" 手段，在本文接下来的讨论中，为了避免

概念上的混淆，在尽可能少提及  的各个版本的情况下，所有问题的讨论

最终都会归结到  环境下的进程间通信上来。并且，对于  所支持通

信手段的不同实现版本（如对于共享内存来说，有 ! 共享内存区以及

 共享内存区两个实现版本），将主要介绍 !! 。

 下进程间通信的几种主要手段简介：

 管道（!,）及有名管道（-.,,）：管道可用于具有亲缘关系

进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管

道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信；

 信号（/-）：信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某

种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身；

 除了支持  早期信号语义函数 /- 外，还支持语义符合

! 标准的信号函数 /-（实际上，该函数是基于  的，

 为了实现可靠信号机制，又能够统一对外接口，用 /- 函数

重新实现了 /- 函数）；

 报文（0-/）队列（消息队列）：消息队列是消息的链接表，包

括 ! 消息队列  消息队列。有足够权限的进程可以向队列

中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列

克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小

受限等缺点。

* 共享内存：使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用 !"

形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机

制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。

1 信号量（-,23）：主要作为进程间以及同一进程不同线程之间

的同步手段。

 套接口（$）：更为一般的进程间通信机制，可用于不同机器之间

的进程间通信。起初是由  系统的  分支开发出来的，但现在一

般可以移植到其它类  系统上： 和  的变种都支持

套接字。

下面将对上述通信机制做具体阐述。

附 ：参考文献45中对  环境下的进程进行了概括说明：

一般来说， 下的进程包含以下几个关键要素：

 有一段可执行程序；

 有专用的系统堆栈空间；

 内核中有它的控制块（进程控制块），描述进程所占用的资源，这样，

进程才能接受内核的调度；

 具有独立的存储空间

进程和线程有时候并不完全区分，而往往根据上下文理解其含义。

参考资料

 ( ) 环境高级编程，作者：672-3.8，译者：尤晋元等，

机械工业出版社。具有丰富的编程实例，以及关键函数伴随  的发

展历程。

  内核源代码情景分析（上、下），毛德操、胡希明著，浙江大学

出版社，提供了对  内核非常好的分析，同时，对一些关键概念的

背景进行了详细的说明。

 ( ) 网络编程第二卷：进程间通信，作者：672-3.8，译

者：杨继张，清华大学出版社。一本比较全面阐述  环境下进程间

通信的书（没有信号和套接口，套接口在第一卷中）。

Linux 环境进程间通信（一）

管道及有名管道

在本系列序中作者概述了 进程间通信的几种主要手段。其中管道和有名

管道是最早的进程间通信机制之一，管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，

有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它

还允许无亲缘关系进程间的通信。认清管道和有名管道的读写规则是在程序中

应用它们的关键，本文在详细讨论了管道和有名管道的通信机制的基础上，用

实例对其读写规则进行了程序验证，这样做有利于增强读者对读写规则的感性

认识，同时也提供了应用范例。

、管道概述及相关 ! 应用

管道相关的关键概念

管道是  支持的最初  !" 形式之一，具有以下特点：

 管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建

立起两个管道；

 只能用于父子进程或者兄弟进程之间（具有亲缘关系的进程）；

 单独构成一种独立的文件系统：管道对于管道两端的进程而言，就是一

个文件，但它不是普通的文件，它不属于某种文件系统，而是自立门户，

单独构成一种文件系统，并且只存在与内存中。

 数据的读出和写入：一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读

出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，并且每次都是从缓冲

区的头部读出数据。

 管道的创建：

9.:.2;

,,<.45

该函数创建的管道的两端处于一个进程中间，在实际应用中没有太大意义，因

此，一个进程在由 ,,创建管道后，一般再 <3$ 一个子进程，然后通过管道

实现父子进程间的通信（因此也不难推出，只要两个进程中存在亲缘关系，这

里的亲缘关系指的是具有共同的祖先，都可以采用管道方式来进行通信）。

 管道的读写规则：

管道两端可分别用描述字 <.45以及 <.45来描述，需要注意的是，管道的两端

是固定了任务的。即一端只能用于读，由描述字 <.45表示，称其为管道读端；

另一端则只能用于写，由描述字 <.45来表示，称其为管道写端。如果试图从管

道写端读取数据，或者向管道读端写入数据都将导致错误发生。一般文件的

=& 函数都可以用于管道，如 、3-.、>3 等等。

从管道中读取数据：

剩余63页未读，继续阅读

Vincent_1990

2011-10-17

这个好像是把别人分开发的多个doc粘贴到一个doc里面了，感觉还有点不全

yangxudong

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