操作系统基础（进程间通信）

一.进程间通信的实现

进程间通信 (Inter-process communication, IPC):
运行在不同进程中的若干线程间的数据交换

1 常用的进程通信模式

1.1 共享内存

两个进程可以直接共享访问同一块内存区域，减少了数据的复制操作，速度优势比较明显。

共享内存

一般步骤如下：

1. 创建内存共享区，进程1通过系统提供的API从内存中申请一块共享区域，例如Linux中使用shmget进行实现，生成的共享内存块与某个特定key值绑定。
2. 进程1通过shmat函数将共享内存映射到进程1的空间中。
3. 访问内存共享区，进程2同样调用shmget函数，并将相同的key值传入即可。然后进程2执行shmat，将内存映射到它的空间中。
4. 进程间通信，共享内存在各个进程间实现映射之后，便可以作为信息交换的区域。进程间需要自己协商同步机制，防止信息错乱。
5. 撤销内存映射区，进程间通信完成后，各进程都要撤销之前的映射操作，Linux中通过shmdt函数实现。
6. 删除内存共享区，以便回收内存。Linxu中通过shctl实现。

1.2 管道（pipe）

管道也是操作系统中常用的进程间通信方式，适用于所有的POSIX系统以及Windows系列产品

Pipe很形象地形容了通信双方的行为：进程A与进程B：

• 分别在管道的两边，进行数据传输通信
• 管道是单向的，如果一个进程既要“读”又要“写” 的话，则需要建立两根管道。
• 一根管道的两端分别是“读取端 read end”和“写入端 write end”；进程1从写入端写进数据，进程2从读取端读取到数据。
• 管道有容量限制，pipe满时，写操作将阻塞，反之，读操作也会阻塞。

Linux pipe示例

上图是父进程向管道中输入一个“H”字符，子进程读取后输出

• pipe接口的函数原型：int pipe (int pipefd[2], int flags); //第一个参数代表成功打开后管道的两端
• 此例中的管道文件描述符pipe_fd，因为是父子进程的关系可以共享，如果两个进程中没有任何关系，则无法使用这种方式进行共享（Named Pipe (也被成为FIFO) 作为pipe的扩展可以解决这种问题，它改变了上例中“匿名”的方式；由于它的生命周期不再随着进程结束而结束，因此我们在不使用的时候要主动删除）

1.3 Unix Domain Socket

UDS 是专门针对单机内进程间通信提出的，也被称为IPC Socket。

与Network Socket的区别：

• Network Socket: 基于TCP/IP 协议，需要分包，重组等一系列操作

• UDS: 本机内的“安全可靠操作”，不依赖这些协议

  
  
  

  UDS通信流程

1.4 RPC (Remote Procedure Calls)

RPC通信通常运行于两台不同的及其中。在RPC机制中，客户端和服务端的通信传输过程用户不需要关心，这种“透明性”可以大大降低研发难度。
RPC通信的过程：

• 客户端进程调用Stub接口
• Stub根据操作系统要求进行打包，并执行相应的系统调用
• 由内核（RPC Runtime Library）来完成与服务端的交互
• 服务端Stub解包并调用与数据包匹配的进程
• 服务端进程执行操作

RPC通信图释