操作系统复习2.1.4-进程间通信

进程通信

进程通信就是进程间信息交换，
由于进程是分配系统资源的单位，因此各进程拥有的内存地址空间相互独立，为保证安全，一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间，因此需要通过其他方法实现进程通信

共享存储

设置共享空间，互斥访问，即一次只能有一个进程进行读写操作，操作系统提供共享空间和同步互斥工具

共享存储有两种

基于数据结构的共享

共享空间里面只能放一个长度为10的数组，这样共享速度慢，限制多，低级

基于存储区的共享

在内存中画出一块共享存储区，数据的形式和存放位置都由进程控制，而不是操作系统。相比上面，显然这个更高级

管道通信

分为无名管道pipe和有名管道FIFO

pipe

无名管道一般用于两个不同进程之间的通信，但只能在具有亲缘关系的进程间使用
而有名管道允许无亲缘关系进程间通信

FIFO

FIFO可设置阻塞标志O_NONBLOCK
通常情况下，没标志的情况下，为读而打开FIFO时，需要已经有进程已经为写而打开FIFO，才能成功返回，反过来亦然，只读open则立即返回，只写则返回ENXIO错误
当设置标志时，一直阻塞

从FIFO读取数据

当一个进程为了从FIFO读取数据而阻塞打开FIFO，则称为该进程的读操作为设置了阻塞标志的读操作。
对于设置阻塞标志的读操作来说，造成阻塞只有两种情况，
FIFO内有数据，但其他进程在读
FIFO内没有数据，返回-1，errno设为EAGAIN
读打开的阻塞标志只对本进程第一个读操作施加作用，后续读操作不再阻塞，当FIFO没有数据时则返回0

从FIFO写入数据

当一个进程为了向FIFO中写入数据而阻塞打开FIFO，那么称该进程内的写操作为设置了阻塞标志的写操作

• 当设置了阻塞标志时
  当写入的数据量小于等于PIPE_BUF时，linux保证写入的原子性，若此时管道空闲区不足要容纳的字节数，则进入睡眠，直到当缓冲区能够容纳要写入的字节数时才进行一次性写操作。
  当写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux不再保证写入的原子性，FIFO缓冲区一有空闲区域，就试图写入数据到管道中，写完所有数据后返回

• 当没有设置阻塞标志时，linux不保证写入的原子性
  当写入的数据大于PIPE_BUF时，写满才返回
  当写入数据不大于PIPE_BUF时，若空闲区满足则写入返回，不满足则返回EAGAIN错误

特征

• 管道是用于连续读写进程的一个共享文件，又名pipe文件，其实就是开辟大小固定的缓冲区
• 管段采用半双工通信，同一时间段内只能单向传输，如果要实现双向同时通信，需要设置两个管道
• 管道也是互斥访问的
• 数据以无格式字符流形式写入管道，当管道写满时，写进程write系统调用被阻塞，等待读进程将数据取走
• 当读进程将数据取走后，管道变空，read()堵塞
• 如果没写满，不允许读，没读空，不允许写
• 数据一旦被读出，就从管道中被抛弃，意味着读进程只能有一个

消息传递

发送消息的进程将消息头写好，接受信息进程根据消息头读取信息或者寻找信封是哪一个。
进程间数据交互以格式化的消息为单位，进程通过系统提供 发送/接受消息两个原语进行数据交换

消息结构为：消息头和消息体
消息头包含：发送进程ID、接受进程ID、消息类型、消息长度等

消息传递有两种方式
直接通信方式和间接通信方式

直接通信方式：消息直接挂到接收进程的消息缓冲队列上
间接通信方式：消息要先发送到中间实体中

优劣比较

管道：速度慢，容量有限，只允许父子进程通信
FIFO：任何进程都能通信，但慢
消息队列：信息复制消耗cpu时间，不适宜信息量大或者操作频繁的场合，容量受限制，则第一次读时要考虑上一次有没有读完数据的问题，但无需考虑同步问题
信号量：不能传递复杂消息，只能用来同步
共享内存区：容易控制容量，速度快，但需要额外保证同步，且不适用于多个计算机间通信