进程通信⽅式

进程间通信（IPC）是操作系统提供的一种允许进程之间交换数据，从而实现通信的机制。

process1<----进程间通信----->process2

它允许进程间相互通信，这种通信可能是让一个进程知道另一个进程中某个事件已经发生，或者是数据从一个进程转移到另一个进程。

 

进程间通信的方法：

• 管道
• 消息队列
• 共享内存
• 信号量
• Socket

管道

管道是在 UNIX 操作系统中引入的。

ls |grep "bash"

ls 就是列出当前目录下的所有文件和文件夹，grep 是一个文本处理工具，用于查找出符合条件的字符串，这里表示查找出包含 "bash" 的字符串。

两个命令中的竖线 "|" 就是管道，它的作用是把前一个命令的输出作为后一个命令的输入。

所以这条命令的意思就是，筛选出当前目录下，名字中有 "bash" 的文件和文件夹。有时候文件数量特别多，这条命令可以帮助你快速进行文件查找。

 

进程中也可以使用管道进行通信，管道通常会缓存来自一个进程输出的数据，直到另一个进程接收到该数据为止。

 

从图中可以看出，管道是单向的数据通道，类似于键盘流。可以使用两个管道在两个进程之间创建双向数据通道。

如果数据没有被拿走，则第一个进程会一直等待，不能做其他事。所以管道这种通信方式很简便，但是效率很低，不能用于其他很复杂的场景。

 

消息队列

管道中第一个进程必须等待数据被读取，这种方法使得进程间通信效率低下。于是消息队列就登场了。

                                                                 Message Queue

两个不同进程可以相互连接，它们只需要对消息队列进行操作即可。

A 进程将数据写入消息队列，不用等待，就去做自己的事情了。B 进程来了也不管 A 进程在不在，直接从消息队列里读取数据即可。

有时候两个进程会进行频繁地对消息队列进行存取，就会进行大量地拷贝数据操作。还有数据占内存比较大时，拷贝数据操作就更加耗时。

而且如果两个进程存放和读取数据的速度差别比较大，则消息队列会处于常满或者常空的情况

共享内存

针对消息队列拷贝数据耗时，以及存放和读取数据的速度差别大的问题，共享内存又登场了。

共享内存就是可以由多个进程同时访问的内存，不同对数据进行拷贝，两个进程约定一个共同空间，直接在该空间对数据进行存取，实现进程间通信。

 

可以这似乎和每个进程都有一个独立的内存空间相矛盾，明明进程的内存空间相互独立，怎么还存在共享内存这个东西？

这是因为当操作系统要执行一个进程的时候，分配给进程的内存是虚拟内存，两个进程的虚拟内存是相互独立的，虚拟内存可以比实际物理内存大很多。

虚拟内存通过分页的方式映射到物理内存，可以让两个进程的虚拟内存映射到相同物理内存中，这就是共享内存。

因为多个进程都可以结对访问共享内存，那么肯定会存在一个问题：

两个或多个进程读写某些共享数据时，遇到会遇到多进程竞争内存的情况，导致读写的数据错误。

信号量

 

为了解决多进程竞争共享内存的情况，可以使用信号量（Semaphore）。

多进程竞争共享内存是什么？举个简单例子，

假设有 2 个用户使用 1 台打印机，2 个用户同时开始打印资料，则 2 个用户的资料会相互重叠。为了避免这种情况，就需要使用信号量来保护共享内存。

信号量可以看做是一个计数器，初始值表示允许同时访问共享内存的最多进程数。当有一个进程访问共享内存，信号量减一。

当信号量为零时，锁定共享内存，即不允许其他进程访问共享内存。进程取消访问共享内存，信号量加一。

再举个简单例子，

假设有 5 个用户使用 3 台打印机，信号量初始值为 3，每当有一个用户使用打印机，信号量减一，则当有 3 个用户使用打印机，第四个人就无法使用打印机，只有当有人不使用打印机，信号量不为零时，第四个人才可以使用。

如果信号量初始值为 1，那么只允许一个进程访问共享内存，有个专门的名字，叫互斥锁。

Socket

面介绍了几个进程间通信的方法，它们有一个共同的特点，就是多个进程在本地进行通信。

要想在不同的主机上进行通信，就需要用到 Socket（套接字），用于在客户端和服务器之间通过网络进行通信。

Socket 是 TCP/IP 协议中应用层和传输层之间的一个抽象层，它把TCP/IP协议族复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用，从而实现进程在网络中通信。

Socket 是一种 ”打开—读/写—关闭” 模式的实现，服务器和客户端的进程各自维护一个 ”文件”，在建立连接后，可以向自己文件写入内容供对方读取或者读取对方内容，从而实现通信，通信结束时关闭文件。