linux进程简介三 进程间通信

本文来梳理下进程间通信的必备知识。

基础概念

并发进程之间的交互必须满足两个基本要求：同步和通信。

并发进程之间的两种关系：竞争与协作。（用互斥解决竞争关系，用同步解决协作关系）

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进程同步：指两个以上进程基于某个条件来协调它们之间的活动。（说的简单点，就是为了共同的任务，需要进程排着队，一个个来处理）

进程互斥：指若干个进程要使用同一个共享资源时，在任何时刻只允许一个进程使用，其它的都得等待。

互斥是进程同步的特例。

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进程间通信的方式：

1. 信号通信机制：signal
2. 信号量与P/V操作
3. 共享内存通信机制
4. 消息队列传递通信机制
5. socket 单机/网络通信机制

信号

别名软中断，通常用来处理可以延时的任务，比如tcp/ip操作，SCSI协议操作等。

信号量

组成元素：一个变量、一个进程等待队列。

信号量加上P/V操作可用来解决进程间的同步与互斥问题，不过仅限传递信号，并没有传递数据的能力。

两大种类：system v版本的信号量只能用于进程，而POSIX版的可同时用于进程与线程。

参考 https://blog.youkuaiyun.com/lh2016rocky/article/details/70800958

管道pipe

我们所提的管道主要指无名管道，还有一种叫做named pipe

它有几大特点：

• 只能用于亲缘关系的进程间通信（父子or兄弟关系）
• 半双工通信，有固定的读端和写端
• 可被看成一种特殊的文件（实际为内核的一个缓冲区），用read和wirte函数读写。

int pipe(int pipefd[2]);

用pipe创建管道时会有两个文件描述符，其中 pipefd[0] 固定用来读，pipefd[1] 用来写。

创建管道流程：

管道几个注意点：

1. 只有在管道的读端存在时，向管道写入数据才有意义。否则，向管道写入数据的进程将收到内核传来的SIGPIPE 信号（通常为Broken pipe 错误）。
2. 向管道写入数据时，Linux 将不保证写入的原子性，管道缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据。如果读进程不读取管道缓冲区中的数据，那么写操作将会一直阻塞。

命名管道特点：

1. 可以使互不相关的两个进程实现彼此通信

 

 

代码参考  https://github.com/allen605/os_study/tree/master/pipe_folder

消息

 

socket

POSIX标准所规定的 socket api是基于BSD版的socket api。（BSD是一个unix系统的分支，由伯克利分校开发与维护）

 

扩展：线程的互斥与同步

linux系统遵循POSIX标准，所以本文只考虑使用POSIX的api。

因为线程之间可以共享进程的数据(不像IPC那么复杂)，所以只需关注同步问题即可。

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互斥量：是一个用来保证线程在关键区正常执行的变量。

pthread_mutex_t pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t  *mutex);

检查互斥量mutex是否上锁，如果已经上锁，则会进入阻塞态。

条件变量：是一个特殊的线程结构体变量，它可以允许一个线程等待某一个事件，另一个线程在事件发生时向它发送信号。

//等待某一事件
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
//发出信号
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

条件变量需要和互斥量配合使用。当调用wait时，会进入阻塞态并自动解锁，直到收到信号后进入运行态并自动上锁，继续往下运行。

代码参考 pthread_cond_mutex_os.c  https://github.com/allen605/os_study

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POSIX信号量：

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_trywait(sem_t *sem);  //not blocked
int sem_post(sem_t *sem);    //increments (unlocks) the semaphore.
int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);

其和传统的P/V操作类似，sem_wait() 即P操作，用来申请共享资源；sem_post即V操作，用来释放资源。

信号量参考 https://blog.youkuaiyun.com/lh2016rocky/article/details/70800958

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