[深入理解linux應(yīng)用]-Linux進(jìn)程間通信方式

環(huán)境：

文章目錄

1、Linux進(jìn)程間通信方式

1.1、管道（Pipe）和命名管道（FIFO）

1.2、消息隊(duì)列（Message Queue）

1.3、共享內(nèi)存（Shared Memory）

1.4、套接字（Socket）

1、Linux進(jìn)程間通信方式

1.1、管道（Pipe）和命名管道（FIFO）

在 Linux 進(jìn)程間通信的方法中，管道和命名管道是最早的進(jìn)程間通信方法之一，管道可以用于具有親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信，命名管道克服了管道沒有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，他還允許無親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信。

管道的特點(diǎn)

管道是 Linux 支持的最初Unix IPC 形式之一，具有以下特點(diǎn)：

管道是半雙工的，數(shù)據(jù)只能向一個(gè)方向流動(dòng)；需要雙方通信時(shí)，需要建立起兩個(gè)管道;

只能用于父子進(jìn)程或者兄弟進(jìn)程之間（具有親緣關(guān)系的進(jìn)程）;

單獨(dú)構(gòu)成一種獨(dú)立的文件系統(tǒng)：管道對(duì)于管道兩端的進(jìn)程而言，就是一個(gè)文件，但它不是普通的文件，它不屬于某種文件系統(tǒng)，而是自立門戶，單獨(dú)構(gòu)成一種文件系統(tǒng)，并且只存在于內(nèi)存中。

數(shù)據(jù)的讀寫規(guī)則：一個(gè)進(jìn)程向管道中寫的內(nèi)容被管道另一端的進(jìn)程讀出。寫入的內(nèi)容每次都添加在管道緩沖區(qū)的末尾，并且每次都是從緩沖區(qū)的頭部讀出數(shù)據(jù)。

管道的局限性

管道的主要局限性正體現(xiàn)在它的特點(diǎn)上：

只支持單向數(shù)據(jù)流;

只能用于具有親緣關(guān)系的進(jìn)程之間；

沒有名字;

管道的緩沖區(qū)是有限的（管道存在于內(nèi)存中，在管道創(chuàng)建時(shí)，最大只能為緩沖區(qū)分配一個(gè)頁(yè)面大小的空間）；

管道所傳送的是無格式字節(jié)流，這就要求管道的讀方和寫方必須事先約定好數(shù)據(jù)的格式。

命名管道

管道應(yīng)用的一個(gè)重大限制是它沒有名字，因此，只能用于具有親緣關(guān)系的進(jìn)程間通信，在命名管道（named pipe 或 FIFO）提出后，這個(gè)限制得到了克服。FIFO不同于管道之處在于它提供一個(gè)路徑名與之關(guān)聯(lián)，以 FIFO 的文件形式存在于文件系

統(tǒng)中。這樣，即使與 FIFO 的創(chuàng)建進(jìn)程不存在親緣關(guān)系的進(jìn)程，只要可以訪問該路徑，就能夠彼此通過 FIFO 相互通信（能夠訪問該路徑的進(jìn)程以及 FIFO 的創(chuàng)建進(jìn)程之間），因此，通過 FIFO，不相關(guān)的進(jìn)程也能交換數(shù)據(jù)。值得注意的是，F(xiàn)IFO嚴(yán)格遵循先進(jìn)先出（first in first out）規(guī)則，對(duì)管道及 FIFO 的讀總是從開始處返回?cái)?shù)據(jù)，對(duì)它們的寫則把數(shù)據(jù)添加到末尾。

FIFO 可以說是管道的推廣，克服了管道沒有名字的限制，使得無親緣關(guān)系的進(jìn)程同樣可以采用先進(jìn)先出的通信機(jī)制進(jìn)行通信。 管道和 FIFO 的數(shù)據(jù)都是字節(jié)流，應(yīng)用程序之間必須事先確定特定的傳輸"協(xié)議"（即通信雙方約定好的數(shù)據(jù)格式）。所有使用管道的進(jìn)程都必須在事先確保所使用的管道是存在的。

1.2、消息隊(duì)列（Message Queue）

消息隊(duì)列就是一個(gè)消息的鏈表。可以把消息看作一個(gè)記錄，具有特定的格式以及特定的優(yōu)先級(jí)。對(duì)消息隊(duì)列有寫權(quán)限的進(jìn)程可以向隊(duì)列中按照一定的規(guī)則添加新消息；對(duì)消息隊(duì)列有讀權(quán)限的進(jìn)程則可以從消息隊(duì)列中讀走消息。消息隊(duì)列是隨內(nèi)核持續(xù)的。

** 消息隊(duì)列的基本概念 **

消息隊(duì)列是隨內(nèi)核持續(xù)的，只有在內(nèi)核重起或者顯式刪除一個(gè)消息隊(duì)列時(shí)，該消息隊(duì)列才會(huì)真正被刪除。

消息隊(duì)列就是一個(gè)消息的鏈表。每個(gè)消息隊(duì)列都有一個(gè)隊(duì)列頭，用結(jié)構(gòu)struct msg_queue 來描述。隊(duì)列頭中包含了該消息隊(duì)列的大量信息，包括消息隊(duì)列的鍵值、用戶 ID、用戶組 ID 以及消息隊(duì)列中消息數(shù)目等等，甚至記錄了最近對(duì)消息隊(duì)列讀寫進(jìn)程的ID。用戶可以訪問這些信息，也可以設(shè)置其中的某些信息。

系統(tǒng)里記錄消息隊(duì)列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（struct ipc_ids msg_ids）位于內(nèi)核中，系統(tǒng)中的所有消息隊(duì)列都可以在結(jié)構(gòu) msg_ids 中找到訪問入口。內(nèi)核和消息隊(duì)列就是通過這個(gè)全局的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立起聯(lián)系的。

** 消息隊(duì)列的操作 **

對(duì)消息隊(duì)列的操作有三種類型：

打開或創(chuàng)建消息隊(duì)列

消息隊(duì)列的內(nèi)核持續(xù)性要求每個(gè)消息隊(duì)列都在系統(tǒng)范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)唯一的鍵值，所以，要獲得一個(gè)消息隊(duì)列的描述字，只需提供該消息隊(duì)列的鍵值（key）即可；

讀寫操作

消息隊(duì)列的讀寫操作非常簡(jiǎn)單。對(duì)于隊(duì)列中的每個(gè)消息都有相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一般情況下，這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含兩部分內(nèi)容：一個(gè)代表消息類型的成員（一個(gè)長(zhǎng)整型的變量），從消息隊(duì)列中讀取消息的一個(gè)重要依據(jù)就是消息的類型，與此同時(shí)消息隊(duì)列中消息的優(yōu)先級(jí)也是通過消息的類型實(shí)現(xiàn)的；另一個(gè)成員就是消息的內(nèi)容。因此，對(duì)于發(fā)送消息來說，首先預(yù)設(shè)一個(gè)與消息有相同結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)并寫入消息的類型和內(nèi)容，調(diào)用相應(yīng)的發(fā)送函數(shù)即可；對(duì)讀取消息來說，首先分配一個(gè)與消息有相同結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)，然后把消息讀入該緩沖區(qū)即可。

獲得或者設(shè)置消息隊(duì)列屬性

消息隊(duì)列的信息基本上都保存在消息隊(duì)列頭中，因此，可以分配一個(gè)類似于消息隊(duì)列頭的結(jié)構(gòu)(struct msqid_ds)，來返回消息隊(duì)列的屬性；同樣可以設(shè)置該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

** 消息隊(duì)列的限制 **

每個(gè)消息隊(duì)列的容量（所能容納的字節(jié)數(shù)）都有限制，該值因系統(tǒng)不同而不同。另一個(gè)限制是每個(gè)消息隊(duì)列所能容納的最大消息數(shù)。除了上述兩個(gè)針對(duì)消息隊(duì)列的限制外，系統(tǒng)對(duì)消息隊(duì)列的限制還有系統(tǒng)范圍內(nèi)的最大消息隊(duì)列個(gè)數(shù)，以及整個(gè)系統(tǒng)范圍內(nèi)的最大消息數(shù)。一般來說，實(shí)際開發(fā)過程中不會(huì)超過這些限制。

1.3、共享內(nèi)存（Shared Memory）

** System V 共享內(nèi)存 **

共享內(nèi)存允許兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程共享一給定的存儲(chǔ)區(qū)，因?yàn)閿?shù)據(jù)不需要來回復(fù)制，所以是最快的一種進(jìn)程間通信機(jī)制。共享內(nèi)存可以通過系統(tǒng)調(diào)用 mmap()映射普通文件（特殊情況下還可以采用匿名映射）機(jī)制實(shí)現(xiàn)，也可以通過 system V 的共享內(nèi)存

機(jī)制實(shí)現(xiàn)。進(jìn)程間通信的共享內(nèi)存方法，雖然應(yīng)用接口和原理很簡(jiǎn)單，但是內(nèi)部機(jī)制復(fù)雜。為了實(shí)現(xiàn)更安全通信，往往還與信號(hào)燈等同步機(jī)制共同使用。所以我們?cè)谶@里只做一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹。

** 用系統(tǒng)調(diào)用 mmap()實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存 **

1.4、套接字（Socket）

** 概述 **

** 使用套接字時(shí)幾個(gè)重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) **

** 套接字編程中的幾個(gè)重要的系統(tǒng)調(diào)用 **

Linux 任務(wù)調(diào)度

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