Linux进程间通信--Linux进程间通信

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深刻理解 Linux 进程间通信（IPC）

序

管道

管道概述及相关  应用

有名管道概述及相关  应用

小结

参考资料

信号（上）

信号及信号来源

信号的种类

进程对信号的响应

信号的发送

信号的安装（设置信号关联动作）

信号集及信号集操作函数

信号阻塞与信号未决

参考资料

信号（下）

信号生命周期

信号编程注意事项

深入浅出：信号应用实例

结束语

参考资料

消息队列

消息队列基本概念

操作消息队列

消息队列的限制

消息队列应用实例

小结

参考资料

信号灯

信号灯概述

 信号灯

信号灯与内核

操作信号灯

信号灯的限制

竞争问题

其中，最初 *1 包括：管道、334、信号；.0(#1 包括：.0(# 消息队列、

.0(# 信号灯、.0(# 共享内存区；!(1 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（555）开发了一个独立的 * 标准，这个新的 6.* 标准被称为计算机环境的可移

植性操作系统界面（.47）。现有大部分 * 和流行版本都是遵循 4.7 标准的，而

 从一开始就遵循 4.7 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 1 留有 -./ 的痕迹，

如 -./ 支持的匿名内存映射、8-./ 对可靠信号语义的实现等等。

图一给出了 %所支持的各种 1 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 .0(# 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（.9%）：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 (9% 外，还支持语义符合 !( 标准的信号函数 (9 !（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 (9 ! 函数

重新实现了 (9% 函数）；

 报文（:#((9#）队列（消息队列）：消息队列是消息的链接表，包括 !( 消息队列

(0(# 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 1 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。

 信号量（(#!&#）：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 .0(# 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;<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

 *67 环境高级编程，作者：=> &".#$#(，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。

 *67 网络编程第二卷：进程间通信，作者：=> &".#$#(，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）。

1. 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。

1.1. 管道概述及相关 API 应用

1.1.1 管道相关的关键概念

管道是  支持的最初 *1 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。

1.1.2 管道的创建

? %"#@("A

#B";<

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 B!&' 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）。

1.1.3 管道的读写规则

管道两端可分别用描述字 B";<以及 B";<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 B";<表示，称其为管道读端；另一端则只能用于写，由描述字

B";<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 4 函数都可以用于管道，如 %!(#、&#"、&# 等等。

从管道中读取数据：

 如果管道的写端不存在，则认为已经读到了数据的末尾，读函数返回的读出字节数为

；

 当管道的写端存在时，如果请求的字节数目大于 5C-*3，则返回管道中现有的数据

字节数，如果请求的字节数目不大于 5C-*3，则返回管道中现有数据字节数（此时，

管道中数据量小于请求的数据量）；或者返回请求的字节数（此时，管道中数据量不小

于请求的数据量）。注：（5C-*3 在  %"#%%( 中定义，不同的内核

版本可能会有所不同。!( 要求 5C-*3 至少为  字节，&#" 中为

D）。

关于管道的读规则验证：

EEEEEEEEEEEEEE

E&#"#( E

EEEEEEEEEEEEEE

? %"#@("A

? %"#@(0(0#(A

? %"#@#&&!A

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