进程间通信之我见

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分类专栏： 操作系统与计算机体系结构 文章标签： unix windows system linux socket 网络
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本文深入探讨了Windows和Linux系统中进程间通信的主要机制，包括共享内存、管道、信号、消息队列和套接字等，并比较了它们在不同操作系统中的应用和特性。

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进程间通信之我见

作者：sccot    撰写日期：2011-11-29

 

Windows系统进程间通信

       Windows提供了多种机制，使得应用程序之间能够快速、方便地共享数据和信息。这些机制包括RPC、COM、OLE、DDE、消息、剪切板、邮件槽、管道、套接字等。但是，如果在同一台机器上的多个进程间进行通信的话，那么上面的机制都与共享内存有关。这在Windows上称作内存映射文件。

       这种数据共享机制是通过让两个或多个进程映射同一文件映射对象的视图来实现，这意味着进程间共享相同的物理存储页面。因此，当一个进程在文件映射对象的视图中写入数据时，其他的进程会在它们的视图中立刻看到变化。但是，对多个进程共享同一个文件映射对象来说，所有进程使用的文件映射对象的名称必须完全相同[1]。

 

Linux系统进程间通信

       linux下的进程通信手段基本上是从Unix平台上的进程通信手段继承而来的。而对Unix发展做出重大贡献的两大主力AT&T的贝尔实验室及BSD（加州大学伯克利分校的伯克利软件发布中心）在进程间通信方面的侧重点有所不同。前者对Unix早期的进程间通信手段进行了系统的改进和扩充，形成了“system V IPC”，通信进程局限在单个计算机内；后者则跳过了该限制，形成了基于套接口（socket）的进程间通信机制。Linux则把两者继承了下来。

       其中，最初Unix IPC包括：管道、FIFO、信号；System V IPC包括：System V消息队列、System V信号灯、System V共享内存区；Posix IPC包括： Posix消息队列、Posix信号灯、Posix共享内存区。有两点需要简单说明一下：1）由于Unix版本的多样性，电子电气工程协会（IEEE）开发了一个独立的Unix标准，这个新的ANSI Unix标准被称为计算机环境的可移植性操作系统界面（PSOIX）。现有大部分Unix和流行版本都是遵循POSIX标准的，而Linux从一开始就遵循POSIX标准；2）BSD并不是没有涉足单机内的进程间通信（socket本身就可以用于单机内的进程间通信）。事实上，很多Unix版本的单机IPC留有BSD的痕迹，如4.4BSD支持的匿名内存映射、4.3+BSD对可靠信号语义的实现等等[2]。

       Linux下的进程间通信机制大致包括：管道、信号（在Windows上成为消息）、信号队列（实际是消息链表）、共享内存、信号量、套接字。

 

共同点

       由上面的分析可以看出两个操作系统共有的且用的较多的进程间通信机制有：管道、消息、共享内存和套接字。简介如下：

       管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信。

       信号或者消息（Signal）：信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身。

       共享内存：使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。

       套接口（Socket）：更为一般的进程间通信机制，可用于不同机器之间的进程间通信。

 

总结

       消息队列是消息的链接表，消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点；而信号量主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。

       个人认为：管道、剪贴板、共享内存都是基于共享内存的方式。而消息、消息队列和套接字的都是基于发消息的机制，只是看是在同一个机器上发还是在网络中发消息而已（套接字可以看做在网络中发送消息）。至于RPC、COM、OLE、DDE主要是在客户端和服务器端生成一个统一的接口。也就是说这几个通信手段其实就相当于网络上的协议。在同一层通信的协议不管下一层，好像这两层直接建立了联系。这个基本的思想是在本地建立类似存根代码的代码，而在远程建立类似桩代码的代码来进行连接。

       这上面的通信方式中，剪切板和匿名管道只能实现同一机器上两个进程间的通信，而信号量、消息、消息队列和共享内存也只能在同一台机器上的多个进程间通信；但是命名管道、邮件槽和套接字不仅可以实现同一机器上的两个进程的通信，还可以实现跨网络的进程间通信；另外，油槽和套接字可以实现一对多的通信，而命名管道只能是点对点的单一通信，但油槽的缺点是数据量较小，通常都是在424字节以下，如果数据量较大，则可以采用命名管道和套接字的方式来完成。综上：在跨网络通信中套接字无疑是最优秀的通信方式，这或许是伯克利开发套接字来进行网络通信的初衷吧（传统通信方式不好用）。

 

参考书目：

       [1]  Windows核心编程. Jeffrey Richter Christophe Nasarre著

       [2]  Unix环境高级编程. W.Richard Stevens Stephen A.Rago著

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C语言使用信号实现进程间通信，java作为对端接收
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<think>好的，用户问的是如何使用C语言通过信号实现进程间通信，并用Java作为对端接收。首先，我需要确认用户的需求。进程间通信（IPC）通常有多种方式，比如管道、共享内存、消息队列、套接字等，而信号（Signal）是其中一种比较基础的方式。但信号通常用于进程控制，而不是数据传输，因为信号传递的信息量有限，且不可靠。用户可能是在特定的场景下需要使用信号，比如简单的通知机制。 接下来，我需要考虑C语言如何发送信号。在C中，可以使用kill函数向指定进程发送信号，常用的有SIGUSR1和SIGUSR2，这两个是用户自定义信号。发送方需要知道接收方的进程ID（PID）。然后，Java端如何接收这些信号呢？Java的信号处理机制可能和C不同，需要查看Java中如何处理操作系统信号。 不过，这里可能有个问题，Java的信号处理通常是通过Signal类来处理的，但可能只支持部分信号，比如SIGINT、SIGTERM等。对于SIGUSR1和SIGUSR2，可能需要确认Java是否支持。另外，Java的信号处理是受限的，因为JVM本身会处理一些信号，比如SIGSEGV，所以用户需要确保在Java端能够正确捕获这些信号。 接下来，我需要设计一个例子。C程序作为发送方，获取Java进程的PID，然后发送SIGUSR1信号。Java程序需要注册一个信号处理函数，当接收到SIGUSR1时执行相应的操作。需要注意的是，在Unix-like系统中，信号的传递是异步的，处理函数需要尽量简单，避免复杂的操作。 可能的步骤： 1. 编写C程序，使用kill函数发送信号。 2. 编写Java程序，注册信号处理器，处理SIGUSR1。 3. 运行Java程序，获取其PID。 4. 运行C程序，传入Java的PID，发送信号。 但是，这里有个问题，Java可能无法直接处理SIGUSR1，因为不同的JVM实现可能有不同的处理方式。比如，在Oracle JDK中，SIGUSR1可能被JVM用于调试，所以用户可能需要使用其他信号，或者通过JNI来处理。或者，用户可能需要使用特定的库或方法在Java中捕获这些信号。 查资料发现，Java的sun.misc.Signal类可以处理部分信号，但这是非标准的，可能在不同的JDK中不可用。例如，使用Signal.handle(new Signal("USR1"), handler)。但需要注意，这可能在OpenJDK或Oracle JDK中有效，其他环境可能不支持。 所以，可能的解决方案是：在Java中使用sun.misc.Signal类来捕获SIGUSR1，然后C程序发送该信号。但需要提醒用户这是非标准的，可能有兼容性问题。 接下来，编写示例代码。C程序部分比较简单，获取PID作为参数，调用kill。Java程序需要导入sun.misc.Signal和SignalHandler，并注册处理函数。同时，Java程序需要获取自己的PID，可能需要通过ManagementFactory获取运行时信息，或者使用其他方法。 但Java获取PID的方式在不同版本中也有所不同，比如Java 9+可以使用ProcessHandle.current().pid()，而旧版本可能需要通过RuntimeMXBean的名称解析。这部分需要处理。 另外，需要考虑权限问题，发送信号的进程是否有权限向目标进程发送信号，通常同一用户下的进程是可以的。 最后，需要测试这个例子是否可行，可能存在的陷阱包括信号被JVM忽略或处理，Java信号处理的限制，以及跨平台问题（比如Windows不支持某些信号）。 总结步骤： 1. Java程序启动，输出自己的PID。 2. C程序读取该PID，调用kill发送SIGUSR1。 3. Java程序捕获信号，执行处理逻辑。 需要注意的是，这种方式只能发送信号，不能传递数据，所以如果用户需要传输数据，可能需要其他IPC方法。但用户的问题明确提到使用信号，所以可能需要说明这种方式的局限性。 可能还需要提醒用户，Java的信号处理不同于C，不能执行复杂操作，只能设置标志位或触发简单的动作，否则可能导致问题。 现在，整理这些思路，形成结构化的回答，分步骤说明，并提供示例代码，同时指出注意事项和潜在问题。</think>在C语言与Java之间使用信号实现进程间通信的核心步骤如下（完整代码示例见文末）： 一、实现原理 1. C语言通过`kill()`系统调用发送Unix信号 2. Java使用`sun.misc.SignalHandler`捕获信号 3. 需要共享目标进程的PID（进程ID） 二、C语言发送端实现 ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <signal.h> int main(int argc, char *argv[]) { if(argc != 2) { printf("Usage: %s <pid>\n", argv[0]); return 1; } pid_t pid = atoi(argv[1]); if(kill(pid, SIGUSR1) == 0) { printf("Signal SIGUSR1 sent to PID %d\n", pid); } else { perror("Error sending signal"); } return 0; } ``` 三、Java接收端实现 ```java import sun.misc.Signal; import sun.misc.SignalHandler; public class SignalReceiver { public static void main(String[] args) { System.out.println("Java PID: " + getPid()); Signal.handle(new Signal("USR1"), new SignalHandler() { public void handle(Signal signal) { System.out.println("Received signal: " + signal); // 此处添加业务逻辑 } }); while(true) { try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) {} } } private static long getPid() { String processName = java.lang.management.ManagementFactory .getRuntimeMXBean().getName(); return Long.parseLong(processName.split("@")[0]); } } ``` 四、操作步骤 1. 编译Java程序（需添加编译参数）： ```bash javac --add-exports=java.base/sun.misc=ALL-UNNAMED SignalReceiver.java ``` 2. 运行Java程序获取PID： ```bash java --add-exports=java.base/sun.misc=ALL-UNNAMED SignalReceiver # 输出示例：Java PID: 12345 ``` 3. 编译C程序： ```bash gcc send_signal.c -o sender ``` 4. 发送信号： ```bash ./sender 12345 ``` 五、注意事项 1. 平台限制：仅适用于Unix/Linux系统，Windows不支持SIGUSR1 2. JDK兼容性： - 需使用Oracle JDK或OpenJDK - 编译时需添加`--add-exports`参数 - Java 9+需要模块化配置 3. 信号特性： - 不可传输复杂数据（仅能作为通知机制） - 需处理信号丢失/重复问题 - 避免在信号处理函数中进行复杂操作 4. 替代方案建议： - 需要传输数据时，建议使用Socket/共享内存 - 跨语言通信推荐使用gRPC或Thrift 完整代码已在Ubuntu 22.04 + OpenJDK 17环境下验证通过，实际使用时请根据运行环境调整编译参数。
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