Linux进程间通信机制详谈

Linux进程间通信机制

Unix系统提供的进程间通信机制主要有：

• 管道和FIFO(命名管道)
• 套接字
• 信号
• 信号量
• 消息队列
• 共享内存区

管道pipe

管道机制思想是在内存中创建一个共享文件，从而使得通信双方利用该共享文件进行交互。需要注意的是管道数据流动是单向的，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。管道只在具有公共祖先的两个进程之间使用，可以将管道视为一个独立的文件系统，管道在管道两侧的进程看来就是一个文件，只是这个文件只存在于内存中。

一个进程写入管道的所有数据由内核定向到另一个进程，另一个进程就可以从管道中读取数据。当缓冲区读空或者写满时，有一定的规则控制相应的读进程或者写进程进入等待队列，当空的缓冲区有新数据写入或者满的缓冲区有数据读出来时，就唤醒等待队列中的进程继续读写。

在Unix的shell中，通过 “|” 创建管道(样子就像管道一样)，将前面的进程的标准输出重定向到管道中，然后后面的进程从管道中读取输入。

管道的创建：应用程序调用pipe系统产生管道，该调用将返回两个文件描述符，分别用于管道的两侧。由于两个描述符位于同一个进程，因此进程自身通信，好像没太大作用，但是通过fork或者clone复制进程时管道也会被复制，因此管道通信就是利用该性质，实现了具有公共祖先的进程之间的通信。

常用的操作就是创建一个连接到另一个进程的管道，然后将其输出或向其输入端发送数据。标准IO库提供了两个函数，popen 和 pclose，这两个函数可以实现：创建一个管道，fork一个子进程，关闭未使用的管道端，执行一个shell运行命令，等待命令终止。

管道具有局限性：只支持单向数据流，没有名字，缓冲区有限等

命名管道FIFO

管道很简单灵活有效，但是有一个比较大的缺点，那就是无法打开已经存在的管道，即两个进程不能共享同一个管道，同时匿名管道，由于没有名字，只能用于亲缘关系的进程间通信。故Unix引入了命名管道，或称为FIFO(先进先出)，因为这是一种最先写入文件的字节总是最先被读出的特殊文件类型。

FIFO文件包含在系统的文件树中，即拥有磁盘索引节点。因此哪怕没有亲缘关系的进程也可以通过该方式消息传递。

• FIFO的索引节点出现在系统目录树上
• FIFO是一种双向通信管道，即一个进程可以以读/写模式打开一个FIFO

通过mkfifo函数创建FIFO文件，之后可以用open打开它。命名管道在打开时需要确实该管道已经存在，否则将阻塞。即以读方式打开某管道，在此之前必须一个进程以写方式打开管道，否则阻塞。此外，可以以读写（O_RDWR）模式打开有名管道，即当前进程读，当前进程写，不会阻塞。

消息队列

消息传递机制通过消息队列实现，发送方产生消息并将消息写到队列，之后一个或多个其他进程从队列获取消息。消息包含消息正文还有一个数，该数用来使消息队列实现多种不同类型的消息，接收者通过该数字获取自己想要的消息。消息读取后将从队列中删除，即便是很多进程在同一个信道上监听，每一个消息仍然只能被一个进程读取。即进程产生的