常用的进程间通信方式 :
传统的进程间通信方式
无名管道(pipe)、有名管道(fifo)和信号(signal)
System V IPC对象
共享内存(share memory)、消息队列(message queue)和信号灯(semaphore)
BSD
套接字(socket)
对于本文,我将重点的讲讲对无名管道和有名管道的理解。
无名管道:
无名管道是半双工的,数据只能向一个方向流动,需要双方通信时,需要建立起两个管道,而且只能用于父子进程或者兄弟进程之间(具有亲缘关系的进程)。
单独构成一种独立的文件系统:管道对于管道两端的进程而言,就是一个文件,但它不是普通的文件,它不属于某种文件系统,而是自立门户,单独构成一种文件系统,并且只存在于内存中(也就是说我们不可能通过一个路径找到这个文件)。它只是存在于打开文件结构中的一个临时文件,随其所依附的进程的生存而生存,当进程终止时,无名管道也随之消亡。
数据的读出和写入:一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾,并且每次都是从缓冲区的头部读出数据(这种结构,我们应该想到队列,先进先出嘛)。
#include <unistd.h>
int pipe(int fd[2])
(注意:要先pipe,再fork,否则将创建两个管道)
只要两个进程中存在亲缘关系,都可以采用管道方式来进行通信。
向管道中写入数据时,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。如果读进程不读走管道缓冲区中的数据,那么写操作将一直阻塞。
注:只有在管道的读端存在时,向管道中写入数据才有意义。否则,向管道中写入数据的进程将收到内核传来的SIFPIPE信号,应用程序可以处理该信号,也可以忽略(默认动作则是应用程序终止)。
有名管道:
不同于无名管道之处在于它提供一个路径名与之关联,以FIFO的文件形式存在于文件系统中。这样,即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程,只要可以访问该路径,就能够彼此通过FIFO相互通信(能够访问该路径的进程以及FIFO的创建进程之间),因此,通过FIFO不相关的进程也能交换数据。值得注意的是,FIFO严格遵循先进先出(first in first out),对无名管道及FIFO的读总是从开始处返回数据,对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如lseek()等文件定位操作。
有名管道的创建
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode)
该函数的第一个参数是一个普通的路径名,也就是创建后FIFO的名字。第二个参数与打开普通文件的open()函数中的mode 参数相同。如果mkfifo的第一个参数是一个已经存在的路径名时,会返回EEXIST错误,所以一般典型的调用代码首先会检查是否返回该错误,如果确实返回该错误,那么只要调用打开FIFO的函数就可以了。一般文件的I/O函数都可以用于FIFO,如close、read、write等等
管道文件是进程间通信的工具,为了尽量少的占用系统存储资源,一般系统均将其限制为最大长度为4096(PIPSIZ)字节的小型文件。当欲写入的消息超过4096字节时,就产生了读、写进程之间的同步问题。首先写操作查找PIPE文件中当前指针的偏移量F-OFFSET,然后从此位置开始尽量写入信息,当长度达到4096字节时,系统控制写进程进入睡眠状态,一直等待读进程取走全部信息时,文件长度指针置0,写进程才被唤醒继续工作。
为防止多个进程同时读写一个管道文件而产生混乱,在管道文件的INODE标志字I-FLAY项中设置了ILOCK标志项,以设置软件锁的方式实现多进程间对管道文件的互斥使用。
无名管道存在着如下两个严重的缺点。
第一,无名管道只能用于连接具有共同祖先的进程。
第二,无名管道是依附进程而临时存在的。
所以后来推出了一种无名管道的变种-有名管道。有名管道除继承了无名管道的所有特性优点之外,还屏弃了无名管道的两个缺点。