进程间通信IPC

进程间通信IPC，也就是Inter-Process Communication的缩写。

    首先我们明白一个进程其实就是一个狭义上的程序。

    一个服务器也就是一个进程。比如客户端和服务器的连接就是两个进程在通信，只是这两个进程并不在同一台计算机上，它们进程间的通信方式就是我们非常熟悉的sockt接口，更下层一些可能就是TCP/IP协议。

    那么进程间为什么要通信呢？简单说来，单进程的程序已经远远不能满足我们的需要了，进程与进程间通信就组成了更大的一个系统。比如P2P的软件就是两个不同计算机的程序进行数据交互，从而完成下载或通信的任务。

   进程由于是内核（OS kernel）的功能，因此进程的创建和通信其实和各种OS紧密相关的。当然现在OS在架构上有很多思想是想通的，所以进程间通信在各种操作系统上有不同也有相同的地方。

   另外，当前很多语言和框架（Framework）为了实现跨平台性，都封装了进程的操作，将线程的使用提高到了语言的层面。而不用developer再去进行系统调用（或系统API）来操作进程了。比如Java语言，进程和线程就是其语言提供的。再比如QT框架，也提供了进程线程的操作，弥补了C/C++语言上没有提供进程线程的遗憾。我们这里还是有必要了解下各个OS在系统调用层次的进程操作。

    一. 在Windows OS上，有几种常用的进程间通信方式：

        1 文件映射

        文件映射(Memory-Mapped Files)能使进程把文件内容当作进程地址区间一块内存那样来对待。因此，进程不必使用文件I/O操作，只需简单的指针操作就可读取和修改文件的内容。

Win32 API允许多个进程访问同一文件映射对象，各个进程在它自己的地址空间里接收内存的指针。通过使用这些指针，不同进程就可以读或修改文件的内容，实现了对文件中数据的共享。

应用程序有三种方法来使多个进程共享一个文件映射对象。

(1)继承：第一个进程建立文件映射对象，它的子进程继承该对象的句柄。

(2)命名文件映射：第一个进程在建立文件映射对象时可以给该对象指定一个名字(可与文件名不同)。第二个进程可通过这个名字打开此文件映射对象。另外，第一个进程也可以通过一些其它IPC机制(有名管道、邮件槽等)把名字传给第二个进程。

(3)句柄复制：第一个进程建立文件映射对象，然后通过其它IPC机制(有名管道、邮件槽等)把对象句柄传递给第二个进程。第二个进程复制该句柄就取得对该文件映射对象的访问权限。

文件映射是在多个进程间共享数据的非常有效方法，有较好的安全性。但文件映射只能用于本地机器的进程之间，不能用于网络中，而开发者还必须控制进程间的同步。

 

        2 共享内存

        Win32 API中共享内存(Shared Memory)实际就是文件映射的一种特殊情况。进程在创建文件映射对象时用0xFFFFFFFF来代替文件句柄(HANDLE)，就表示了对应的文件映射对象是从操作系统页面文件访问内存，其它进程打开该文件映射对象就可以访问该内存块。由于共享内存是用文件映射实现的，所以它也有较好的安全性，也只能运行于同一计算机上的进程之间。

     

       3 匿名管道

       管道(Pipe)是一种具有两个端点的通信通道：有一端句柄的进程可以和有另一端句柄的进程通信。管道可以是单向－一端是只读的，另一端点是只写的；也可以是双向的一管道的两端点既可读也可写。

匿名管道(Anonymous Pipe)是 在父进程和子进程之间，或同一父进程的两个子进程之间传输数据的无名字的单向管道。通常由父进程创建管道，然后由要通信的子进程继承通道的读端点句柄或写 端点句柄，然后实现通信。父进程还可以建立两个或更多个继承匿名管道读和写句柄的子进程。这些子进程可以使用管道直接通信，不需要通过父进程。

匿名管道是单机上实现子进程标准I/O重定向的有效方法，它不能在网上使用，也不能用于两个不相关的进程之间。

 

      4 命名管道

      命名管道(Named Pipe)是服务器进程和一个或多个客户进程之间通信的单向或双向管道。不同于匿名管道的是命名管道可以在不相关的进程之间和不同计算机之间使用，服务器建立命名管道时给它指定一个名字，任何进程都可以通过该名字打开管道的另一端，根据给定的权限和服务器进程通信。

命名管道提供了相对简单的编程接口，使通过网络传输数据并不比同一计算机上两进程之间通信更困难，不过如果要同时和多个进程通信它就力不从心了。

    

     5 动态连接库

     Win32动态连接库(DLL)中的全局数据可以被调用DLL的所有进程共享，这就又给进程间通信开辟了一条新的途径，当然访问时要注意同步问题。

虽然可以通过DLL进行进程间数据共享，但从数据安全的角度考虑，我们并不提倡这种方法，使用带有访问权限控制的共享内存的方法更好一些。

 

     6 远程过程调用

     Win32 API提供的远程过程调用(RPC)使应用程序可以使用远程调用函数，这使在网络上用RPC进行进程通信就像函数调用那样简单。RPC既可以在单机不同进程间使用也可以在网络中使用。

由于Win32 API提供的RPC服从OSF-DCE(Open Software Foundation Distributed Computing Environment)标准。所以通过Win32 API编写的RPC应用程序能与其它操作系统上支持DEC的RPC应用程序通信。使用RPC开发者可以建立高性能、紧密耦合的分布式应用程序。

    

     7 Sockets

    Windows Sockets规范是以U.C.Berkeley大学BSD UNIX中流行的Socket接口为范例定义的一套Windows下的网络编程接口。除了Berkeley Socket原有的库函数以外，还扩展了一组针对Windows的函数，使程序员可以充分利用Windows的消息机制进行编程。

现在通过Sockets实现进程通信的网络应用越来越多，这主要的原因是Sockets的跨平台性要比其它IPC机制好得多，另外WinSock 2.0不仅支持TCP/IP协议，而且还支持其它协议(如IPX)。Sockets的唯一缺点是它支持的是底层通信操作，这使得在单机的进程间进行简单数据传递不太方便，这时使用下面将介绍的WM_COPYDATA消息将更合适些。

 

    8 WM_COPYDATA消息

    WM_COPYDATA是一种非常强大却鲜为人知的消息。当一个应用向另一个应用传送数据时，发送方只需使用调用SendMessage函数，参数是目的窗口的句柄、传递数据的起始地址、WM_COPYDATA消息。接收方只需像处理其它消息那样处理WM_COPY DATA消息，这样收发双方就实现了数据共享。

WM_COPYDATA是一种非常简单的方法，它在底层实际上是通过文件映射来实现的。它的缺点是灵活性不高，并且它只能用于Windows平台的单机环境下。

  

   二. linux下进程间通信的几种主要手段简介：

1. 管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信；
2. 信号（Signal）：信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身；linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外，还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction（实际上，该函数是基于BSD的，BSD为了实现可靠信号机制，又能够统一对外接口，用sigaction函数重新实现了signal函数）；
3. 报文（Message）队列（消息队列）：消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
4. 共享内存：使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。
5. 信号量（semaphore）：主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。
6. 套接口（Socket）：更为一般的进程间通信机制，可用于不同机器之间的进程间通信。起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的，但现在一般可以移植到其它类Unix系统上：Linux和System V的变种都支持套接字。

 

    三. 在Symbian系统上，IPC的主要实现方式就是client-server框架。它可是symbian OS 上的元老之一。在Psion Series 5上就已经实现了，直到symbian OS v9.5都在不断的改进扩展新的功能。client-server在OS上随处可见，比如F32（文件服务）、ESOCK（socket服务）、大名鼎鼎的WSERV（window 服务）以及ETEL（电话服务）等等。从使用client-server的角度来看，developer只需要关注4个接口类：CServer2、CSession2、RSessionBase和RSubSessionBase，其中前两个类的实例运行于user端的server端，后两个类实际上是提供给client使用的接口，运行于user端的client端。由此可见client-server框架非常便利，它的工作过程可以大体描述为：

1.        client使用全局唯一的server名字与server建立起连接，创建一个session。

2.        如果server没有启动，就启动之。

3.        server一启动就是发出一个request检查kernel端消息队列是不是有待处理的消息。

4.        client发送消息给server。实际上将消息放入到kernel端的消息队列中。

5.        client等待消息的处理结果。

6.        一旦有消息，server就取出一个消息

7.        server处理消息

8.        server处理完消息后，通知client消息已经处理完。

注意，消息队列FIFO队列，并且server一次只能取出一个消息，不能并行处理。