进程间通信机制的分析与比较.ppt

进程间通信机制的分 析与比较 Ver20150302v0. 1 为什么进程间需要通信？ n1、数据传输 n一个进程需要将它的数据发送给另一个进程。 n2、资源共享 n多个进程之间共享同样的资源。 n3、通知事件 n一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知 它们发生了某种事件。 n4、进程控制 n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 进程的所有操作，并能够及时知道它的状态改变。 分 类 n进程间通信方式包括： n1、管道（pipe）和有名管道（FIFO） n2、信号（signal） n3、消息队列 n4、共享内存 n5、信号量 n6、套接字（socket） 信号 信号通信 n信号(signal)机制是Unix系统中最为古老 的进程间通信机制，很多条件可以产生 一个信号： n1、当用户按某些按键时，产生信号。 n2、硬件异常产生信号：除数为0、无效的存储访问 等等。这些情况通常由硬件检测到，将其通知内核 ，然后内核产生适当的信号通知进程，例如，内核 对正访问一个无效存储区的进程产生一个SIGSEGV 信号。 n3、进程用kill函数将信号发送给另一个进程。 n4、用户可用kill命令将信号发送给其他进程。 信号类型 n下面是几种常见的信号： n SIGHUP： 从终端上发出的结束信号 n SIGINT： 来自键盘的中断信号（Ctrl-C） n SIGKILL：该信号结束接收信号的进程 n SIGTERM：kill 命令发出的信号 n SIGCHLD：标识子进程停止或结束的信号 n SIGSTOP：来自键盘（Ctrl-Z）或调试程序的停止 执行信号 信号处理 n当某信号出现时，将按照下列三种方式 中的一种进行处理： n1、忽略此信号 n大多数信号都按照这种方式进行处理，但有两种 信号却决不能被忽略。它们是：SIGKILL和 SIGSTOP。这两种信号不能被忽略的原因是： 它们向超级用户提供了一种终止或停止进程的方 法。 n2、执行用户希望的动作 n通知内核在某种信号发生时，调用一个用户 n函数。在用户函数中，执行用户希望的处理。 n3、执行系统默认动作 n对大多数信号的系统默认动作是终止该进程。 信号通信机制的局限性 n这种通信方式主要的局限性就是开销太大 ，发送进程需要调用系统调用，这时核心 会中断接收进程，且要管理它的堆栈、调 用处理程序、恢复被中断的接收信号进程 等.另外，信号的数量受到限制，并且只能 传送有限的信息量，例如不能携带参数等 。所以对于复杂的通信操作不适用。 管道通信 什么是管道？ n管道是单向的、先进先出的，它把一个进 程的输出和另一个进程的输入连接在一起 。一个进程（写进程）在管道的尾部写入 数据，另一个进程（读进程）从管道的头 部读出数据。 n数据被一个进程读出后，将被从管道中删 除，其它读进程将不能再读到这些数据。 管道提供了简单的流控制机制，进程试图 读空管道时，进程将阻塞。同样，管道已 经满时，进程再试图向管道写入数据，进 程将阻塞。 样例：ls -l | less n在这个例子中，ls用于在Unix下列出目录内容，less是一个 有搜索功能的交互式的文本分页器。这个管线使得用户可 以在列出的目录内容比屏幕长时目录上下翻页。 n以less退出的管道（或more，这是个相似的标签页工具， 与more相比less允许使用者往回卷动）是最常被使用的。 这让用户可以阅览尚未显示的大量文字（受可用缓存限制 ，控制台的屏幕大小、屏幕缓存大小往往有限，不足以一 次先输出所有输出内容，也不能自由滚动内容），若少了 这工具则这些文字将会卷过终端机而无法阅读到。 管道分类 n管道包括无名管道和有名管道两种，前者 用于父进程和子进程间的通信，后者可用 于运行于同一系统中的任意两个进程间的 通信。 n无名管道由pipe（）函数创建： nint pipe(int filedis2)； n当一个管道建立时，它会创建两个文件描 述符：filedis0 用于读管道， filedis1 用 于写管道。 管道创建 n无名管道由pipe（）函数创建： nint pipe(int filedis2)； n当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符 ：filedis0 用于读管道， filedis1 用于写管道 n有名管道（FIFO） nint mkfifo(const char * pathname, mode_t mode) nvpathname：FIFO文件名 nvmode：属性（见文件操作章节） n一旦创建了一个FIFO，就可用open打开它，一 般的文件访问函数（close、read、write等）都 可用于FIFO。 无名管道 #include #include #include #include int main() int pipe_fd2; if(pipe(pipe_fd)0) printf(“pipe create errorn“); return -1; else printf(“pipe create successn“); close(pipe_fd0); close(pipe_fd1); 举例:pipe_rw.c System V IPC System V nSystem V是AT&T的第一个商业UNIX版本 （UNIX System III）的加强。传统上， System V被看作是两种UNIX“风味“之一（ 另一个是BSD（Berkeley Software Distribution，伯克利软件套件）。然而， 随着一些并不基于这两者代码的UNIX实现 的出现，例如Linux和QNX， 这一归纳不再 准确，但不论如何，像POSIX这样的标准化 努力一直在试图减少各种实现之间的不同 。 消息队列 n消息队列就是一个消息的链表。可 以把消息看作一个记录，具有特定 的格式。进程可以向中按照一定的 规则添加新消息；另一些进程则可 以从消息队列中读走消息。 n和信号相比，消息队列能够传递更 多的信息。与管道相比，消息队列 提供了有格式的数据，这可以减少 开发人员的工作量。 信号量 n信号量(又名：信号灯)与其 他进程间通信方式不大相同 ，主要用途是保护临界资源 。进程可以根据它判定是否 能够访问某些共享资源。除 了用于访问控制外，还可用 于进程同步。 分类 n二值信号灯：信号灯的值只能取0或1，类 似于互斥锁。 但两者有不同：信号灯强调 共享资源，只要共享资源可用，其他进程 同样可以修改信号灯的值；互斥锁更强调 进程，占用资源的进程使用完资源后，必 须由进程本身来解锁。 n计数信号灯：信号灯的值可以取任意非负 值。 共享内存 共享内存 n共享内存是被多个进程共享的一部 分物理内存。共享内存是进程间共 享数据的一种最快的方法，一个进 程向共享内存区域写入了数据，共 享这个内存区域的所有进程就可以 立刻看到其中的内容。 共享内存实现步骤 n一、创建共享内存，使用 shmget函数。 n二、映射共享内存，将这段创 建的共享内存映射到具体的进 程空间去，使用shmat函数。 创建 nint shmget ( key_t key, int size, int shmflg ) nkey标识共享内存的键值: 0/IPC_PRIVATE。 当key的取值 为IPC_PRIVATE，则函数shmget()将创建一块新的共享内 存；如果key的取值为0，而参数shmflg中又设置 IPC_PRIVATE这个标志，则同样会创建一块新的共享内存 。 n返回值：如果成功，返回共享内存标识符；如果失败，返 回-1。 映射 nint shmat ( int shmid, char *shmaddr, int fl