linux 进程间通信 学习记录 三

进程间通信

常见IPC方法

管道：使用简单

FIFO：非血缘关键间

信号：开销小

共享内存：非血缘关系间

本地套接字：稳定性好

…

管道

特性

• 伪文件(内核缓冲区)
• 两个文件描述符(r/w)
• 数据从写端流入，读端流出

原理

• 内核缓冲区
• 环形队列

局限性

• 进程自己写不能自己读
• 数据不能反复读
• 单向通信(半双工)
• 只能用于有公共祖先的进程间

pipe函数

• 参数

  • fd2

• 返回值

  • 成功：0

  • 失败：

    • -1
    • errno

管道读写行为

• 读管道

  • 管道中有数据

    • read返回实际读到的字节数

  • 管道中无数据

    • 写端全关闭：read返回0
    • 仍有写端打开：阻塞等待

• 写管道

  • 读端全关闭

    • 进程异常终止(SIGPIPE信号)

  • 有读端打开

    • 管道未满：写数据，返回写入字节数
    • 管道已满：阻塞(少见)

• 父子进程间通信 ls | wc -l

• 兄弟进程间通信

获取管道缓冲区大小

• 命令：ulimit -a
• 函数： fpathconf 参2：__PC_PIPE_BUF

管道优劣

• 优点:实现手段简单

• 缺点：

  • 单向通信
  • 只能有血缘关系进程间使用

FIFO

命名管道(Linux基础文件类型)

创建

• 命令：mkfifo

• 函数：mkfifo

  • 参数：

    • name
    • mode：8进制

  • 返回值：

    • 成功：0
    • 失败：-1，设置errno

无血缘关系进程间通信

• 使用同一FIFO
• 可多读端，多写端

共享存储映射

文件实现进程间通信

• fork后父子进程共享文件描述符
• 无血缘关系进程打开同一文件

存储映射I/O

• 借助文件创建映射内存

• mmap函数

  • 参数：

    • addr: 建立映射区的首地址 (NULL内核自动分配)

    • length： 欲创建映射区的大小

    • prot：

      • PROT_READ
      • PROT_WRITE
      • PROT_READ|PROT_WRITE
      • …

    • flags:

      • MAP_SHARED
      • MAP_PRIVATE
      • MAP_ANONYMOUS/MAP_ANON

    • fd: 文件描述符

    • offset：映射偏移(4K整数倍)

  • 返回值：

    • 成功：

      • 映射区首地址

    • 失败：

      • MAP_FAILED
      • 设置errno

• munmap函数

  • 参数：

    • mmap返回值
    • 映射区大小

  • 返回值：

    • 成功：

      • 0

    • 失败：

      • -1
      • 设置errno

• 使用注意事项：

  • 1. 映射区建立过程中隐含一次读操作
  • 2. MAP_SHARED时 映射区权限<=打开文件权限
  • 3. 映射区建立成功，文件即可关闭。
  • 4. 大小为0的文件无法创建映射区
  • 5. munmap参数应与mmap返回值严格对应
  • 6. 偏移位置必须为4k整数倍
  • 7. mmap返回值判断不能省略

父子进程间mmap通信

• flags：

  • MAP_PRIVATE: 独占映射区
  • MAP_SHARED: 共享映射区

• 父子共享

  • 打开文件描述符
  • mmap建立的映射区(MAP_SHARED)

匿名映射

• Linux

  • length：

    • 任意

  • flags：

    • MAP_ANONYMOUS
    • MAP_ANON

  • fd：

    • -1

• 类Unix

  • length：

    • 任意

  • fd：

    • open(/dev/zero, O_RDWR)

无血缘关系进程间mmap通信

• 使用同一文件创建映射区
• 指定MAP_SHARED
• 可多读端，多写端

基本概念 Linux环境下，进程地址空间相互独立，每个进程各自有不同的用户地址空间。任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程和进程之间不能相互访问，要交换数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲区，进程1把数据从用户空间拷到内核缓冲区，进程2再从内核缓冲区把数据读走，内核提供的这种机制称为进程间通信

以下几个最重要
① 管道 (使用最简单)
② 信号 (开销最小)
③ 共享映射区 (无血缘关系)
④ 本地套接字 (最稳定)

管道的优劣
优点：简单，相比信号，套接字实现进程间通信，简单很多。
缺点：1. 只能单向通信，双向通信需建立两个管道。
2. 只能用于父子、兄弟进程(有共同祖先)间通信。该问题后来使用fifo有名管道解决。

1. 其本质是一个伪文件(实为内核缓冲区) 

2. 由两个文件描述符引用，一个表示读端，一个表示写端。
   3. 规定数据从管道的写端流入管道，从读端流出。
      管道的原理: 管道实为内核使用环形队列机制，借助内核缓冲区(4k)实现。
      管道的局限性：
      ① 数据自己读不能自己写。
      ② 数据一旦被读走，便不在管道中存在，不可反复读取。
      ③ 由于管道采用半双工通信方式。因此，数据只能在一个方向上流动。
      ④ 只能在有公共祖先的进程间使用管道。

三个作业 坐一下

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