写给大忙人读的进程间通信（附进程同步源码）

摘要：

---

        进程的用户空间是互相独立的，一般而言是不能互相访问的，唯一的例外是共享内存区。另外，系统空间是“公共场所”，各进程均可以访问，所以内核也可以提供这样的条件。此外，还有双方都可以访问的外设。在这个意义上，两个进程当然也可以通过磁盘上的普通文件交换信息，或者通过“注册表”或其它数据库中的某些表项和记录交换信息。广义上这也是进程间通信的手段，但是一般都不把这算作“进程间通信”。

 

简介：

---

       进程间通信（IPC，Interprocess communication）是一组编程接口，让程序员能够协调不同的进程，使之能在一个操作系统里同时运行，并相互传递、交换信息。

       进程间通信主要包括管道, 系统IPC（包括消息队列,信号,共享存储), 套接字(SOCKET)。系统IPC的三种方式类同,都是使用了内核里的标识符来识别.

       进程间通信的目的：

     1）数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程，发送的数据量在一个字节到几兆字节之间。

     2）共享数据：多个进程想要操作共享数据，一个进程对共享数据的修改，别的进程应该立刻看到。

     3）通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它（它们）发生了某种事件（如进程终止时要通知父进程）。

    4）资源共享：多个进程之间共享同样的资源。为了作到这一点，需要内核提供锁和同步机制。

    5）进程控制：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陷入和异常，并能够及时知道它的状态改变。

        进程通过与内核及其它进程之间的互相通信来协调它们的行为。Linux支持多种进程间通信（IPC）机制，信号和管道是其中的两种。除此之外，Linux还支持System V 的IPC机制（用首次出现的Unix版本命名）

 

信号：

---

       在一个信号的生命周期中有两个阶段：生成和传送。当一个事件发生时，需要通知一个进程，这时生成一个信号。当进程识别出信号的到来，就采取适当的动作来传送或处理信号。在信号到来和进程对信号进行处理之间，信号在进程上挂起

       几种常见的信号：

       SIGHUP： 从终端上发出的结束信号；

       SIGINT： 来自键盘的中断信号（Ctrl-C）；   

       SIGQUIT：来自键盘的退出信号（Ctrl-\）；

       SIGFPE： 浮点异常信号（例如浮点运算溢出）；

       SIGKILL：该信号结束接收信号的进程；

       SIGALRM：进程的定时器到期时，发送该信号；

       SIGTERM：kill 命令发出的信号；

       SIGCHLD：标识子进程停止或结束的信号；

       SIGSTOP：来自键盘（Ctrl-Z）或调试程序的停止执行信号；

 

管道：

---

       管道是单向的、先进先出的、无结构的、固定大小的字节流，它把一个进程的标准输出和另一个进程的标准输入连接在一起。写进程在管道的尾端写入数据，读进程在管道的首端读出数据。数据读出后将从管道中移走，其它读进程都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，在有数据写入管道前，进程将一直阻塞。同样，管道已经满时，进程再试图写管道，在其它进程从管道中移走数据之前，写进程将一直阻塞。

 

系统V IPC机制：

---

         常用的三种进程间通信机制（IPC）机制：消息队列、信号灯和共享内存（message queues，semaphores and shared memory

 

Message Queues（消息队列）

        消息队列就是消息的一个链表，它允许一个或多个进程向它写消息，一个或多个进程从中读消息。Linux维护了一个消息队列向量表：msgque，来表示系统中所有的消息队列。

        从队列中读消息与向队列中写消息是一个相似的过程。进程对消息队列的访问权限一样要被检查。读进程可以选择从队列中读取第一条消息而不管消息的类型，也可以选择从队列中读取特殊类型的消息。如果没有符合条件的消息，读进程会被加到消息队列的读等待队列，然后运行调度程序。当一个新的消息写到消息队列时，这个进程会被唤醒，继续它的运行。

       Linux提供了四个消息队列操作：

       1、创建或获得消息队列（MSGGET）：int sys_msgget (key_t key, int msgflg)

       2、发送消息：int sys_msgsnd (int msqid, struct msgbuf *msgp, size_t msgsz, int msgflg)

       3、接收消息：int sys_msgrcv (int msqid, struct msgbuf *msgp, size_t msgsz,

       4、消息控制：int sys_msgctl (int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf)

        消息队列和管道提供相似的服务，但消息队列要更加强大并解决了管道中所存在的一些问题。消息队列传递的消息是不连续的、有格式的信息，给对它们的处理带来了很大的灵活性。可以用不同的方式解释消息的类型域，如可以将消息的类型同消息的优先级联系起来，类型域也可以用来指定接收者。

       小消息的传送效率很高，但大消息的传送性能则较差。因为消息传送的过程中要经过从用户空间到内核空间，再从内核空间到用户空间的拷贝，所以，大消息的传送其性能较差。另外，消息队列不支持广播，而且内核不知道消息的接收者

 

共享内存：

        在进行间同步的方式汇总，共享内存速度最快。常见的操作：

        1、int shmget(key_t key, int size, int flag);　/* 获得一个共享存储标识符*/

        2、void *shmat(int shmid, void *addr, int flag); /* 将共享内存连接到自身地址空间中*/

        如果一个进程通过fork创建了子进程，则子进程继承父进程的共享内存，既而可以直接对共享内存使用，不过子进程可以自身脱离共享内存。

 

进程间通信各种方式效率比较：

类型	无连接	可靠	流控制	消息类型优先级
普通PIPE	N	Y	Y	N
流PIPE	N	Y	Y	N
命名PIPE(FIFO)	N	Y	Y	N
消息队列	N	Y	Y	Y
信号量	N	Y	Y	Y
共享存储	N	Y	Y	Y
UNIX流SOCKET	N	Y	Y	N
UNIX数据包SOCKET	Y	Y	N	N

 

后附共享内存实现进程间通信的源码：

https://download.csdn.net/download/fengxianghui01/12421062