Linux進程間通訊的幾種方式

1、進程間通訊的目的

• 數據傳輸：一個進程須要將它的數據發送給另外一個進程，發送的數據量在一個字節到幾M字節之間
• 共享數據：多個進程要操做共享數據，一個進程對共享數據
• 信息傳遞：一個進程須要向另外一個進程發送消息，通知它發生了某種事件。
• 資源共享：多個進程之間共享一樣的數據。爲了作到這一點，須要內核提供鎖和同步機制。
• 進程控制：有些進程但願徹底控制另外一個進程的執行，此時控制進程但願可以攔截另外一個進程的全部陷入和異常，病可以及時知道它的狀態改變

2、進程間通訊的概念

每一個進程各自有不一樣的用戶地址空間，任何一個進程的變量在另外一個進程中都是看不到的，因此進程之間要交換數據必須經過內核，在內核中開闢出一塊緩衝區。一個進程把本身的數據從用戶空間拷貝到內核緩衝區，另外一個進程再從內核緩衝區把數據讀走。內核提供的這種機制稱爲進程間通訊(IPC,Inter Process Communication)

3、進程間通訊方式

Linux進程間基本的通訊方式主要有：管道(pipe)(包括匿名管道和命名管道)、信號(signal)、消息隊列(queue)、共享內存、信號量和套接字。

下面逐漸介紹這幾種方式：

1.管道：管道的實質是一個內核緩衝區，管道的做用正如其名，須要通訊的兩個進程在管道的兩端，進程利用管道傳遞信息。管道對於管道兩端的進程而言，就是一個文件，可是這個文件比較特殊，它不屬於文件系統而且只存在於內存中。

管道依據是否有名字分爲匿名管道和命名管道(有名管道)，這兩種管道有必定的區別。

匿名管道有幾個重要的限制：

1. 管道是半雙工的，數據只能在一個方向上流動，A進程傳給B進程，不能反向傳遞
2. 管道只能用於父子進程或兄弟進程之間的通訊，即具備親緣關係的進程。

命名管道容許沒有親緣關係的進程進行通訊。命名管道不一樣於匿名管道之處在於它提供了一個路徑名與之關聯，這樣一個進程即便與建立有名管道的進程不存在親緣關係，只要能夠訪問該路徑，就能經過有名管道互相通訊。

2.信號：信號是軟件層次上對中斷機制的一種模擬，是一種異步通訊方式，進程沒必要經過任何操做來等待信號的到達。信號能夠在用戶空間進程和內核之間直接交互，內核能夠利用信號來通知用戶空間的進程發生了哪些系統事件。

信號來源：

信號事件的發生有兩個來源：硬件來源，好比咱們按下了鍵盤或者其它硬件故障；軟件來源，最經常使用發送信號的系統函數是kill, raise, alarm和setitimer以及sigqueue函數，軟件來源還包括一些非法運算等操做。

進程對信號的響應：

進程能夠經過三種方式來響應信號：(1)忽略信號，即對信號不作任何處理，可是有兩個信號是不能忽略的：SIGKLL和SIGSTOP；（2）捕捉信號，定義信號處理函數，當信號發生時，執行相應的處理函數；（3）執行缺省操做，Linux對每種信號都規定了默認操做。

3.消息隊列：消息隊列是消息的鏈表,具備特定的格式,存放在內存中並由消息隊列標識符標識，而且容許一個或多個進程向它寫入與讀取消息

4.共享內存：使得多個進程能夠能夠直接讀寫同一塊內存空間，是針對其餘通訊機制運行效率較低而設計的。

爲了在多個進程間交換信息，內核專門留出了一塊內存區，能夠由須要訪問的進程將其映射到本身的私有地址空間。進程就能夠直接讀寫這一塊內存而不須要進行數據的拷貝，從而大大提升效率。

須要注意的是：共享內存並未提供同步機制，在一個進程結束對共享內存的寫操做以前，並沒有自動機制能夠阻止另二個進程開始對它進行讀取。因此，咱們一般須要用其餘的機制來同步對共享內存的訪問。

5.信號量：信號量實質上就是一個標識可用資源數量的計數器，它的值老是非負整數。而只有0和1兩種取值的信號量叫作二進制信號量（或二值信號量），可用用來標識某個資源是否可用。

6.套接字：套接字是更爲基礎的進程間通訊機制，與其餘方式不一樣的是，套接字可用於不一樣機器之間的進程間通訊。

有兩種類型的套接字：基於文件的和麪向網絡的。

(1).Unix套接字是基於文件的，而且擁有一個「家族名字」--AF_UNIX，它表明地址家族(address family)：UNIX。

(2).第二類型的套接字是基於網絡的，它也有本身的家族名字--AF_INET，表明地址家族(address family):INTERNET

無論採用哪一種地址家族，都有兩種不一樣的套接字鏈接：面向鏈接的和無鏈接的。

(1)面向鏈接的套接字(SOCK_STREAM)：進行通訊前必須創建一個鏈接，面向鏈接的通訊提供序列化的、可靠地和不重複的數據交付，而沒有記錄邊界。

這意味着每條信息能夠被拆分紅多個片斷，而且每一個片斷都能確保到達目的地，而後在目的地將信息拼接起來。

實現這種鏈接類型的主要協議是傳輸控制協議(TCP)。

(2)無鏈接的套接字(SOCK_DGRAM)：在通訊開始以前並不須要創建鏈接，在數據傳輸過程當中並沒有法保證它的順序性、可靠性或重複性。

然而,數據報確實保存了記錄邊界,這就意味着消息是以總體發送的,而並不是首先分紅多個片斷。

因爲面向鏈接的套接字所提供的保證,所以它們的設置以及對虛擬電路鏈接的維護須要大量的開銷。然而,數據報不須要這些開銷,即它的成本更加「低廉」

實現這種鏈接類型的主要協議是用戶數據報協議(UDP)。