Linux 進程間通訊

時間 2019-11-30

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進程間通訊的目的

數據交換
狀態同步
事件通知
資源共享
進程控制

通常來將進程之間的通訊根據內容能夠劃分爲兩種，一種是傳輸控制信息，另外一種是傳輸大量的數據。通常控制信息只有一個或幾個字節，用來達到進程控制操做的高速執行（好比利用信號量實現進程同步）;大量數據的傳輸通常用於進程之間信息的交換（CS架構中，客戶端和服務器之間大量數據的交互）[4]。php

發展過程

Linux中進程間通訊（IPC）是從Unix中衍生過來的，最初的Unix具有管道、FIFO、信號，後來通過貝爾實驗室和BSD（加州大學伯克利分校的伯克利軟件發佈中心）的拓展造成了如今的進程通訊基礎。html

貝爾實驗室對早期的Unix進程通訊方式進行了拓展，造成了「System V IPC」, 通訊侷限於單個計算機內；BSD打破了該限制，造成了基於套接字的進程間通訊機制。而Linux將二者間的特點都繼承了下來，同時它還兼容POSIX IPC標準（目前POSIX標準更加通用一些）。node

通訊方式

管道
信號
消息隊列
信號量
共享內存
套接字

管道(Pipe)

管道是Unix對操做系統的貢獻之一，它是一個環形緩衝區，容許兩個進程之間以生產者/消費者的模式進行通信，是一個先進先出的隊列[2]。linux

管道是一種半雙工的通訊方式（消息只能單向傳輸)。數據傳輸方式似於流式傳輸，不提供隨機訪問，進程之間要約定一套數據協議來解析傳輸的數據[5]。數據由操做系統緩衝，直到接收方從中讀取[1]，它能夠像文件描述符同樣去經過select，poll和epoll函數去監聽。docker

管道在創建過程當中須要雙方進行協同操做（有些API中打開管道過程當中會阻塞，直到雙方都執行了打開操做），不能獨立於進程而存在。緩存

管道分爲匿名管道和命名管道（Named Pipe）:匿名管道只有親緣關係的進程（父進程與子進程之間，或子進程與子進程之間）能夠共享;沒有親緣關係的進程之間只能經過命名管道通訊。服務器

FIFO（first-in first-out special file, named pipe）在Linux中屬於一種命名管道。經過綁定文件系統中指定文件來代替標準的輸入輸出[1]，容許多個進程訪問。網絡

Unix中對管道自動採起互斥保護措施，每次只有一個進程能訪問管道[2]。架構

信號（signal）

信號是用於向一個進程通知某種事件的發生。除了進程間通訊外還能夠發送給進程自己。由於沒法利用信號傳輸數據，因此信號主要用於進程管理上。併發

Unix中內核平等的對待全部的信號，對於同時發生的信號，一次只給進程一個信號，而沒有特定的順序。進程間能夠互相發送信號，內核在內部也可能發送信號[2]。

咱們常用的 Ctrl+C 就是發送一個退出的信號給某一進程。

消息（Message）隊列

消息隊列的功能相似於信箱，它也能夠在沒有親緣關係的進程之間去使用，在雙方沒有直接鏈接的狀況下進行通訊[1]。消息隊列是直接面對消息的，消息的發送者指定發送的消息的類型和大小，消息的接收者指定消息接收的方式（先進先出的規則或指定的消息類型）。

克服了信號承載信息量少和管道只能承載無格式字節流的缺點，能夠實現進程之間多對一的通訊（C/S模式）。即便是接收者沒有打開消息隊列，發送者仍然能夠打開隊列發送消息而不阻塞，不須要額外的同步操做，能夠避免管道中的打開和讀寫阻塞問題。

消息隊列中存儲的消息數量是有上限的，同時每一條消息的大小也是有上限的。

共享內存

多個進程將同一個共享的內存段映射到本身的進程資源中，向同一段內存中讀寫數據來進行數據交互，是進程之間通訊速度最快的一種方式，常常與其餘通訊機制(信號量)混合使用來達到進程間通訊的目的[5]。

Pipe和FIFO以及消息隊列在交互信息的時候都須要經過內核拷貝的方式--將數據從發送方拷貝到內核緩存，再從內核緩存中拷貝到接收方[6]，一次通訊要COPY兩次。而共享內存則不須要經過內核拷貝，因此速度上要比Pipe、FIFO和消息隊列快一些。

共享內存一般會在實時性要求比較高的業務狀況下使用，好比金融系統中，但涉及到分佈式的服務，常常須要跨主機的狀況共享內存不太適合。

套接字（Socket）

經常使用於跨主機的進程通訊，由BSD最先提供，後來被linux所吸取。它有經過網絡端口跨主機通訊的TCP/IP socket（面向流數據）和UDP socket（面向消息），也有UNIX domain socket這種只能在本地使用的類型。

Unix domain socket 相似於TCP/IP互聯網套接字，但全部通訊都在內核中進行,使用文件系統做爲其地址空間。進程作爲inode來使用一個Unix domain socket，而且多個進程能夠與同一個套接字進行通訊（docker服務監聽本地請求就是經過Unix domain socket）[1]。

進程之間可使用socket進行雙向通訊。