Linux【进程间通信】

进程间通信

进程间通信的目的：

1. 数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程
2. 资源共享：多个进程之间共享同样的资源。
3. 通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它（它们）发生了某种事件（如进程终止时要通知父进程）。
4. 进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行（如Debug进程），此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常，并能够及时知道它的状态改变

进程间通信方式：

管道：匿名管道、命名管道

System V IPC：

• System V 消息队列
• System V 共享内存
• System V 信号量

POSIX IPC：

• 消息队列
• 共享内存
• 信号量
• 互斥量
• 条件变量
• 读写锁

1.管道：半双工通信（可选方向的单向传输）

本质：内核中的一块缓冲区
生命周期随进程
进程间通信原理：让多个进程通过访问相同的缓冲区来实现通信

匿名管道：只能用于有亲缘关系的进程间通信
	一个进程创建匿名管道，操作系统在内核中重建一块缓冲区，并返回两个文件描述符作为管道的操作句柄，一个用于读，一个用于写
	操作接口：
		int pipe(int pipefd[2]);
		pipefd:至少具有两个整形元素的数组
		创建一个管道，通过pipefd获取系统返回的管道操作句柄，其中pipefd[0]用于从管道读取数据，pipefd[1]用于向管道写入数据
		返回值：成功返回0，失败返回-1
	管道读写特性：
		若管道中没有数据，则read会阻塞，直到数据被写入
		若管道中数据满了，则write会阻塞，直到数据被读取
		若管道的所有读端被关闭，则write会触发异常，进程退出
		若管道所有写端被关闭，则read会返回0(所有写端被关闭)

命名管道：在内核中这块缓冲区是有标识的，所有的进程都可以通过标识来找到这块缓冲区
	命名管道文件的打开特性：
		若文件当前没有已经被以读的方式打开，则以O_WRONLY打开时会阻塞
		若文件当前没有已经被以写的方式打开，则以O_RDONLY代开时会阻塞
	命名管道的读写特性：同匿名管道
管道：
	分类：匿名管道，命名管道
	特性：半双工通信
		  管道的读写特性，命名管道打开特性
		  管道的生命周期随进程
		  管道自带同步与互斥（管道读写数据大小不超过PIPE_BUF时是安全的）
		  管道提供字节流服务（传输灵活，但是会出现粘包问题---数据没有明显间隔）

2、共享内存

最快的进程间通信方式（数据传递不涉及内核），主要用于进程间的数据共享
原理：申请一块物理内存，将这块物理内存通过页表映射到进程的虚拟地址空间中，接下来进程
通过虚拟地址访问这块物理内存，多个进程映射同一块物理内存可以通过这块内存实现数据共享
流程：

1. 创建共享内存 shmget（）
2. 将共享内存映射到虚拟地址空间 shmat（）
3. 直接通过虚拟地址进行内存操作
4. 解除映射关系 shmdt（）
5. 删除共享内存 shmctl（）
   删除流程：共享内存在删除时，首先会判断当前映射链接数是否为0，若为0则直接删除，否则表示还有进程在使用，则不能被立即删除，并且会拒绝其他进程的链接

特性：进程间通信最快的方式—直接通过虚拟地址操作数据，相较于其他两种方式少了用户态和内核态之间的数据拷贝操作

3、消息队列：用于多个进程间有类型的数据块传输

原理：内核中的一个优先级队列
生命周期:生命周期随内核
ipcs：查看IPC
-m 查看共享内存
-s 查看信号量
-q 查看消息队列
ipcrm 删除IPC

4、信号量：用于实现进程间的同步与互斥操作

	同步：保证多个进程之间对临界资源访问的时序合理性
	互斥：进程之间同一时间对临界资源访问的唯一性

本质：内核中的一个计数器（资源计数，统计有多少资源，判断能否进行操作）+等待队列

原理：
进程对临界资源访问前先进行资源技术判断

• 若计数大于0表示可以操作；则计数减一；判断操作直接返回
• 若计数小于等于0；表示不可操作；将进程PCB状态修改为阻塞状态；将PCB加入到等到队列中其他进程创建一个资源；计数加一；唤醒等待队列上的所有进程