线程、进程通信再总结

下面这个部分摘抄自网上，谢谢贡献的作者。

一、进程间的通信方式

管道( pipe)：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
有名管道(namedpipe)：有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
信号量(semophore)：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
消息队列(messagequeue )：消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
信号(sinal ) ：信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。
共享内存(sharedmemory )：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的IPC方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。
套接字(socket)：套解口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同及其间的进程通信。

这段摘自：http://blog.csdn.net/u013485792/article/details/50764224 

另ftok()函数讲解：共享内存，消息队列，信号量它们三个都是找一个中间介质，来进行通信的，这种介质多的是。就是怎么区分出来，就像唯一一个身份证来区分人一样。你随便来一个就行，就是因为这。只要唯一就行，就想起来了文件的设备编号和节点，它是唯一的，但是直接用它来作识别好像不太好，不过可以用它来产生一个号。ftok()就出场了。ftok函数具体形式如下： key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
其中参数fname是指定的文件名，这个文件必须是存在的而且可以访问的。id是子序号，它是一个8bit的整数。即范围是0~255。当函数执行成功，则会返回key_t键值，否则返回-1。在一般的UNIX中，通常是将文件的索引节点取出，然后在前面加上子序号就得到key_t的值。
有关该函数的三个常见问题：
1.pathname是目录还是文件的具体路径，是否可以随便设置
2.pathname指定的目录或文件的权限是否有要求
3.proj_id是否可以随便设定，有什么限制条件
解答：
1、ftok根据路径名，提取文件信息，再根据这些文件信息及project ID合成key，该路径可以随便设置。 
2、该路径是必须存在的，ftok只是根据文件inode在系统内的唯一性来取一个数值，和文件的权限无关。 
3、proj_id是可以根据自己的约定，随意设置。这个数字,有的称之为project ID; 在UNIX系统上,它的取值是1到255;

二、线程间的通信（同步）方式

锁机制：包括互斥锁、条件变量、读写锁
   *互斥锁提供了以排他方式防止数据结构被并发修改的方法。
   *读写锁允许多个线程同时读共享数据，而对写操作是互斥的。
   *条件变量可以以原子的方式阻塞进程，直到某个特定条件为真为止。对条件的测试是在互斥锁的保护下进行的。条件变量始终与互斥锁一起使用。
信号量机制(Semaphore)：包括无名线程信号量和命名线程信号量
信号机制(Signal)：类似进程间的信号处理

线程间的通信目的主要是用于线程同步，所以线程没有像进程通信中的用于数据交换的通信机制。

三、条件变量

条件变量使我们可以睡眠等待某种条件出现。当线程发现被锁定的变量不满足条件时会自动的释放锁并把自身置于等待状态，让出CPU的控制权给其它线程。其它线程此时就有机会去进行操作，当修改完成后再通知那些由于条件不满足而陷入等待状态的线程。这是一种通知模型的同步方式，大大的节省了CPU的计算资源，减少了线程之间的竞争，而且提高了线程之间的系统工作的效率。这种同步方式就是条件变量。

四、互斥与条件变量，及条件变量为什么要和互斥锁配合使用

mutex体现的是一种竞争，我离开了，通知你进来。

cond体现的是一种协作，我准备好了，通知你开始吧。

互斥锁一个明显的缺点是他只有两种状态：锁定和非锁定。而条件变量通过允许线程阻塞和等待另一个线程发送信号的方法弥补了互斥锁的不足，他常和互斥锁一起使用。使用时，条件变量被用来阻塞一个线程，当条件不满足时，线程会先被阻塞，然后解开互斥锁，等待条件变量发生变化。一旦其他的某个线程改变了条件变量，会发出一个signal通知相应的条件变量唤醒一个或多个正被此条件变量阻塞的线程。这些线程将重新锁定互斥锁并重新测试条件是否满足。一般说来，条件变量被用来进行线程间的同步。

条件变量都用互斥锁进行保护，条件变量状态的改变都应该先锁住互斥锁，pthread_cond_wait()需要传入一个已经加锁的互斥锁，该函数把调用线程加入等待条件的调用列表中，然后释放互斥锁，在条件满足从而离开pthread_cond_wait()时，mutex将被重新加锁，这两个函数是原子操作。可以消除条件发生和线程睡眠等待条件发生间的时间间隙。其他线程在获得互斥量之前不会察觉到这种改变，因为必须锁定互斥量才能计算条件。

总而言之，为了避免因条件判断语句与其后的正文或wait语句之间的间隙而产生的漏判或误判，所以用一个mutex来保证: 对于某个cond的包括(判断,修改)在内的任何有关操作某一时刻只有一个线程在访问。也就是说条件变量本身就是一个竞争资源，这个资源的作用是对其后程序正文的执行权，于是用一个锁来保护。这样就关闭了条件检查和线程进入休眠状态等待条件改变这两个操作之间的时间通道，这样线程就不会有任何变化。

五、信号量与互斥

信号量不一定是锁定某一个资源，而是流程上的概念，比如：有A,B两个线程，B线程要等A线程完成某一任务以后再进行自己下面的步骤，这个任务并不一定是锁定某一资源，还可以是进行一些计算或者数据处理之类。而线程互斥量则是“锁住某一资源”的概念，在锁定期间内，其他线程无法对被保护的数据进行操作。在有些情况下两者可以互换。
信号量: 只要信号量的value大于0，其他线程就可以sem_wait成功，成功后信号量的value减一。若value值不大于0，则sem_wait阻塞，直到sem_post释放后value值加一
互斥锁: 只要被锁住，其他任何线程都不可以访问被保护的资源

六、同步和互斥

互斥：是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。

同步：是指在互斥的基础上（大多数情况），通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下，同步已经实现了互斥，特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源。