Ⅰ 「圖文結合」linux 進程、線程、文件描述符的底層原理
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Tomcat結構原理詳解
說到進程，恐怕面試中最常見的問題就是線程和進程的關系了，那麼先說一下答案： 在 Linux 系統中，進程和線程幾乎沒有區別 。
Linux 中的進程其實就是一個數據結構，順帶可以理解文件描述符、重定向、管道命令的底層工作原理，最後我們從操作系統的角度看看為什麼說線程和進程基本沒有區別。
首先，抽象地來說，我們的計算機就是這個東西：
這個大的矩形表示計算機的 內存空間 ，其中的小矩形代表 進程 ，左下角的圓形表示 磁碟 ，右下角的圖形表示一些 輸入輸出設備 ，比如滑鼠鍵盤顯示器等等。另外，注意到內存空間被劃分為了兩塊，上半部分表示 用戶空間 ，下半部分表示 內核空間 。
用戶空間裝著用戶進程需要使用的資源，比如你在程序代碼里開一個數組，這個數組肯定存在用戶空間；內核空間存放內核進程需要載入的系統資源，這一些資源一般是不允許用戶訪問的。但是注意有的用戶進程會共享一些內核空間的資源，比如一些動態鏈接庫等等。
我們用 C 語言寫一個 hello 程序，編譯後得到一個可執行文件，在命令行運行就可以列印出一句 hello world，然後程序退出。在操作系統層面，就是新建了一個進程，這個進程將我們編譯出來的可執行文件讀入內存空間，然後執行，最後退出。
你編譯好的那個可執行程序只是一個文件，不是進程，可執行文件必須要載入內存，包裝成一個進程才能真正跑起來。進程是要依靠操作系統創建的，每個進程都有它的固有屬性，比如進程號（PID）、進程狀態、打開的文件等等，進程創建好之後，讀入你的程序，你的程序才被系統執行。
那麼，操作系統是如何創建進程的呢？ 對於操作系統，進程就是一個數據結構 ，我們直接來看 Linux 的源碼：
task_struct 就是 Linux 內核對於一個進程的描述，也可以稱為「進程描述符」。源碼比較復雜，我這里就截取了一小部分比較常見的。
我們主要聊聊 mm 指針和 files 指針。 mm 指向的是進程的虛擬內存，也就是載入資源和可執行文件的地方； files 指針指向一個數組，這個數組里裝著所有該進程打開的文件的指針。
先說 files ，它是一個文件指針數組。一般來說，一個進程會從 files[0] 讀取輸入，將輸出寫入 files[1] ，將錯誤信息寫入 files[2] 。
舉個例子，以我們的角度 C 語言的 printf 函數是向命令行列印字元，但是從進程的角度來看，就是向 files[1] 寫入數據；同理， scanf 函數就是進程試圖從 files[0] 這個文件中讀取數據。
每個進程被創建時， files 的前三位被填入默認值，分別指向標准輸入流、標准輸出流、標准錯誤流。我們常說的「文件描述符」就是指這個文件指針數組的索引 ，所以程序的文件描述符默認情況下 0 是輸入，1 是輸出，2 是錯誤。
我們可以重新畫一幅圖：
對於一般的計算機，輸入流是鍵盤，輸出流是顯示器，錯誤流也是顯示器，所以現在這個進程和內核連了三根線。因為硬體都是由內核管理的，我們的進程需要通過「系統調用」讓內核進程訪問硬體資源。
PS：不要忘了，Linux 中一切都被抽象成文件，設備也是文件，可以進行讀和寫。
如果我們寫的程序需要其他資源，比如打開一個文件進行讀寫，這也很簡單，進行系統調用，讓內核把文件打開，這個文件就會被放到 files 的第 4 個位置，對應文件描述符 3：
明白了這個原理， 輸入重定向 就很好理解了，程序想讀取數據的時候就會去 files[0] 讀取，所以我們只要把 files[0] 指向一個文件，那麼程序就會從這個文件中讀取數據，而不是從鍵盤：
同理， 輸出重定向 就是把 files[1] 指向一個文件，那麼程序的輸出就不會寫入到顯示器，而是寫入到這個文件中：
錯誤重定向也是一樣的，就不再贅述。
管道符其實也是異曲同工，把一個進程的輸出流和另一個進程的輸入流接起一條「管道」，數據就在其中傳遞，不得不說這種設計思想真的很巧妙：
到這里，你可能也看出「Linux 中一切皆文件」設計思路的高明了，不管是設備、另一個進程、socket 套接字還是真正的文件，全部都可以讀寫，統一裝進一個簡單的 files 數組，進程通過簡單的文件描述符訪問相應資源，具體細節交於操作系統，有效解耦，優美高效。
首先要明確的是，多進程和多線程都是並發，都可以提高處理器的利用效率，所以現在的關鍵是，多線程和多進程有啥區別。
為什麼說 Linux 中線程和進程基本沒有區別呢，因為從 Linux 內核的角度來看，並沒有把線程和進程區別對待。
我們知道系統調用 fork() 可以新建一個子進程，函數 pthread() 可以新建一個線程。 但無論線程還是進程，都是用 task_struct 結構表示的，唯一的區別就是共享的數據區域不同 。
換句話說，線程看起來跟進程沒有區別，只是線程的某些數據區域和其父進程是共享的，而子進程是拷貝副本，而不是共享。就比如說， mm 結構和 files 結構在線程中都是共享的，我畫兩張圖你就明白了：
所以說，我們的多線程程序要利用鎖機制，避免多個線程同時往同一區域寫入數據，否則可能造成數據錯亂。
那麼你可能問， 既然進程和線程差不多，而且多進程數據不共享，即不存在數據錯亂的問題，為什麼多線程的使用比多進程普遍得多呢 ？
因為現實中數據共享的並發更普遍呀，比如十個人同時從一個賬戶取十元，我們希望的是這個共享賬戶的余額正確減少一百元，而不是希望每人獲得一個賬戶的拷貝，每個拷貝賬戶減少十元。
當然，必須要說明的是， 只有 Linux 系統將線程看做共享數據的進程 ，不對其做特殊看待 ，其他的很多操作系統是對線程和進程區別對待的，線程有其特有的數據結構，我個人認為不如 Linux 的這種設計簡潔，增加了系統的復雜度。
在 Linux 中新建線程和進程的效率都是很高的，對於新建進程時內存區域拷貝的問題，Linux 採用了 -on-write 的策略優化，也就是並不真正復制父進程的內存空間，而是等到需要寫操作時才去復制。 所以 Linux 中新建進程和新建線程都是很迅速的 。
Ⅱ Linux - 進程間通信與線程通信方式
每個進程的用戶地址空間都是獨立的，一般而言是不能互相訪問的，但內核空間是每個進程都共享的，所以進程之間要通信必須通過內核。
上面命令行里的「|」豎線就是一個管道，它的功能是將前一個命令（ps auxf）的輸出，作為後一個命令（grep mysql）的輸入，從這功能描述，可以看出管道傳輸數據是單向的，如果想相互通信，我們需要創建兩個管道才行。
同時，我們得知上面這種管道是沒有名字，所以「|」表示的管道稱為匿名管道，用完了就銷毀。
管道還有另外一個類型是命名管道，也被叫做 FIFO，因為數據是先進先出的傳輸方式。
在使用命名管道前，先需要通過 mkfifo 命令來創建，並且指定管道名字
myPipe 就是這個管道的名稱，基於 Linux 一切皆文件的理念，所以管道也是以文件的方式存在，我們可以用 ls 看一下，這個文件的類型是 p，也就是 pipe（管道） 的意思：
你操作了後，你會發現命令執行後就停在這了，這是因為管道里的內容沒有被讀取，只有當管道里的數據被讀完後，命令才可以正常退出。
於是，我們執行另外一個命令來讀取這個管道里的數據：
可以看到，管道里的內容被讀取出來了，並列印在了終端上，另外一方面，echo 那個命令也正常退出了。
我們可以看出，管道這種通信方式效率低，不適合進程間頻繁地交換數據。當然，它的好處，自然就是簡單，同時也我們很容易得知管道里的數據已經被另一個進程讀取了。
前面說到管道的通信方式是效率低的，因此管道不適合進程間頻繁地交換數據。
對於這個問題，消息隊列的通信模式就可以解決。比如，A 進程要給 B 進程發送消息，A 進程把數據放在對應的消息隊列後就可以正常返回了，B 進程需要的時候再去讀取數據就可以了。同理，B 進程要給 A 進程發送消息也是如此。
再來，消息隊列是保存在內核中的消息鏈表，在發送數據時，會分成一個一個獨立的數據單元，也就是消息體（數據塊），消息體是用戶自定義的數據類型，消息的發送方和接收方要約定好消息體的數據類型，所以每個消息體都是固定大小的存儲塊，不像管道是無格式的位元組流數據。如果進程從消息隊列中讀取了消息體，內核就會把這個消息體刪除。
消息隊列生命周期隨內核，如果沒有釋放消息隊列或者沒有關閉操作系統，消息隊列會一直存在，而前面提到的匿名管道的生命周期，是隨進程的創建而建立，隨進程的結束而銷毀。
消息這種模型，兩個進程之間的通信就像平時發郵件一樣，你來一封，我回一封，可以頻繁溝通了。
但郵件的通信方式存在不足的地方有兩點，一是通信不及時，二是附件也有大小限制，這同樣也是消息隊列通信不足的點。
消息隊列不適合比較大數據的傳輸，因為在內核中每個消息體都有一個最大長度的限制，同時所有隊列所包含的全部消息體的總長度也是有上限。在 Linux 內核中，會有兩個宏定義 MSGMAX 和 MSGMNB，它們以位元組為單位，分別定義了一條消息的最大長度和一個隊列的最大長度。
消息隊列通信過程中，存在用戶態與內核態之間的數據拷貝開銷，因為進程寫入數據到內核中的消息隊列時，會發生從用戶態拷貝數據到內核態的過程，同理另一進程讀取內核中的消息數據時，會發生從內核態拷貝數據到用戶態的過程。
消息隊列的讀取和寫入的過程，都會有發生用戶態與內核態之間的消息拷貝過程。那共享內存的方式，就很好的解決了這一問題。
現代操作系統，對於內存管理，採用的是虛擬內存技術，也就是每個進程都有自己獨立的虛擬內存空間，不同進程的虛擬內存映射到不同的物理內存中。所以，即使進程 A 和 進程 B 的虛擬地址是一樣的，其實訪問的是不同的物理內存地址，對於數據的增刪查改互不影響。
用了共享內存通信方式，帶來新的問題，那就是如果多個進程同時修改同一個共享內存，很有可能就沖突了。例如兩個進程都同時寫一個地址，那先寫的那個進程會發現內容被別人覆蓋了。
為了防止多進程競爭共享資源，而造成的數據錯亂，所以需要保護機制，使得共享的資源，在任意時刻只能被一個進程訪問。正好，信號量就實現了這一保護機制。
信號量其實是一個整型的計數器，主要用於實現進程間的互斥與同步，而不是用於緩存進程間通信的數據。
信號量表示資源的數量，控制信號量的方式有兩種原子操作：
P 操作是用在進入共享資源之前，V 操作是用在離開共享資源之後，這兩個操作是必須成對出現的。
接下來，舉個例子，如果要使得兩個進程互斥訪問共享內存，我們可以初始化信號量為 1。
具體的過程如下：
可以發現，信號初始化為 1，就代表著是互斥信號量，它可以保證共享內存在任何時刻只有一個進程在訪問，這就很好的保護了共享內存。
另外，在多進程里，每個進程並不一定是順序執行的，它們基本是以各自獨立的、不可預知的速度向前推進，但有時候我們又希望多個進程能密切合作，以實現一個共同的任務。
例如，進程 A 是負責生產數據，而進程 B 是負責讀取數據，這兩個進程是相互合作、相互依賴的，進程 A 必須先生產了數據，進程 B 才能讀取到數據，所以執行是有前後順序的。
那麼這時候，就可以用信號量來實現多進程同步的方式，我們可以初始化信號量為 0。
具體過程：
可以發現，信號初始化為 0，就代表著是同步信號量，它可以保證進程 A 應在進程 B 之前執行。
跨機器進程間通信方式
同個進程下的線程之間都是共享進程的資源，只要是共享變數都可以做到線程間通信，比如全局變數，所以對於線程間關注的不是通信方式，而是關注多線程競爭共享資源的問題，信號量也同樣可以在線程間實現互斥與同步：
Ⅲ Linux進程間通信
linux下進程間通信的幾種主要手段簡介：
一般文件的I/O函數都可以用於管道，如close、read、write等等。
實例1：用於shell
管道可用於輸入輸出重定向，它將一個命令的輸出直接定向到另一個命令的輸入。比如，當在某個shell程序（Bourne shell或C shell等）鍵入who│wc -l後，相應shell程序將創建who以及wc兩個進程和這兩個進程間的管道。
實例二：用於具有親緣關系的進程間通信
管道的主要局限性正體現在它的特點上：
有名管道的創建
小結：
管道常用於兩個方面：（1）在shell中時常會用到管道（作為輸入輸入的重定向），在這種應用方式下，管道的創建對於用戶來說是透明的；（2）用於具有親緣關系的進程間通信，用戶自己創建管道，並完成讀寫操作。
FIFO可以說是管道的推廣，克服了管道無名字的限制，使得無親緣關系的進程同樣可以採用先進先出的通信機制進行通信。
管道和FIFO的數據是位元組流，應用程序之間必須事先確定特定的傳輸"協議"，採用傳播具有特定意義的消息。
要靈活應用管道及FIFO，理解它們的讀寫規則是關鍵。
信號生命周期
信號是進程間通信機制中唯一的非同步通信機制，可以看作是非同步通知，通知接收信號的進程有哪些事情發生了。信號機制經過POSIX實時擴展後，功能更加強大，除了基本通知功能外，還可以傳遞附加信息。
可以從兩個不同的分類角度對信號進行分類：（1）可靠性方面：可靠信號與不可靠信號；（2）與時間的關繫上：實時信號與非實時信號。
(1) 可靠信號與不可靠信號
不可靠信號 ：Linux下的不可靠信號問題主要指的是信號可能丟失。
可靠信號 ：信號值位於SIGRTMIN和SIGRTMAX之間的信號都是可靠信號，可靠信號克服了信號可能丟失的問題。Linux在支持新版本的信號安裝函數sigation（）以及信號發送函數sigqueue()的同時，仍然支持早期的signal（）信號安裝函數，支持信號發送函數kill()。
對於目前linux的兩個信號安裝函數:signal()及sigaction()來說，它們都不能把SIGRTMIN以前的信號變成可靠信號（都不支持排隊，仍有可能丟失，仍然是不可靠信號），而且對SIGRTMIN以後的信號都支持排隊。這兩個函數的最大區別在於，經過sigaction安裝的信號都能傳遞信息給信號處理函數（對所有信號這一點都成立），而經過signal安裝的信號卻不能向信號處理函數傳遞信息。對於信號發送函數來說也是一樣的。
(2) 實時信號與非實時信號
前32種信號已經有了預定義值，每個信號有了確定的用途及含義，並且每種信號都有各自的預設動作。如按鍵盤的CTRL ^C時，會產生SIGINT信號，對該信號的默認反應就是進程終止。後32個信號表示實時信號，等同於前面闡述的可靠信號。這保證了發送的多個實時信號都被接收。實時信號是POSIX標準的一部分，可用於應用進程。非實時信號都不支持排隊，都是不可靠信號；實時信號都支持排隊，都是可靠信號。
發送信號的主要函數有：kill()、raise()、 sigqueue()、alarm()、setitimer()以及abort()。
調用成功返回 0；否則，返回 -1。
sigqueue()是比較新的發送信號系統調用，主要是針對實時信號提出的（當然也支持前32種），支持信號帶有參數，與函數sigaction()配合使用。
sigqueue的第一個參數是指定接收信號的進程ID，第二個參數確定即將發送的信號，第三個參數是一個聯合數據結構union sigval，指定了信號傳遞的參數，即通常所說的4位元組值。
sigqueue()比kill()傳遞了更多的附加信息，但sigqueue()只能向一個進程發送信號。sigqueue()比kill()傳遞了更多的附加信息，但sigqueue()只能向一個進程發送信號。
inux主要有兩個函數實現信號的安裝： signal() 、 sigaction() 。其中signal()在可靠信號系統調用的基礎上實現, 是庫函數。它只有兩個參數，不支持信號傳遞信息，主要是用於前32種非實時信號的安裝；而sigaction()是較新的函數（由兩個系統調用實現：sys_signal以及sys_rt_sigaction），有三個參數，支持信號傳遞信息，主要用來與 sigqueue() 系統調用配合使用，當然，sigaction()同樣支持非實時信號的安裝。sigaction()優於signal()主要體現在支持信號帶有參數。
消息隊列就是一個消息的鏈表。可以把消息看作一個記錄，具有特定的格式以及特定的優先順序。對消息隊列有寫許可權的進程可以向中按照一定的規則添加新消息；對消息隊列有讀許可權的進程則可以從消息隊列中讀走消息。消息隊列是隨內核持續的
消息隊列的內核持續性要求每個消息隊列都在系統范圍內對應唯一的鍵值，所以，要獲得一個消息隊列的描述字，只需提供該消息隊列的鍵值即可；
消息隊列與管道以及有名管道相比，具有更大的靈活性，首先，它提供有格式位元組流，有利於減少開發人員的工作量；其次，消息具有類型，在實際應用中，可作為優先順序使用。這兩點是管道以及有名管道所不能比的。同樣，消息隊列可以在幾個進程間復用，而不管這幾個進程是否具有親緣關系，這一點與有名管道很相似；但消息隊列是隨內核持續的，與有名管道（隨進程持續）相比，生命力更強，應用空間更大。
信號燈與其他進程間通信方式不大相同，它主要提供對進程間共享資源訪問控制機制。相當於內存中的標志，進程可以根據它判定是否能夠訪問某些共享資源，同時，進程也可以修改該標志。除了用於訪問控制外，還可用於進程同步。信號燈有以下兩種類型：
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops); semid是信號燈集ID，sops指向數組的每一個sembuf結構都刻畫一個在特定信號燈上的操作。
int semctl(int semid，int semnum，int cmd，union semun arg)
該系統調用實現對信號燈的各種控制操作，參數semid指定信號燈集，參數cmd指定具體的操作類型；參數semnum指定對哪個信號燈操作，只對幾個特殊的cmd操作有意義；arg用於設置或返回信號燈信息。
進程間需要共享的數據被放在一個叫做IPC共享內存區域的地方，所有需要訪問該共享區域的進程都要把該共享區域映射到本進程的地址空間中去。系統V共享內存通過shmget獲得或創建一個IPC共享內存區域，並返回相應的標識符。內核在保證shmget獲得或創建一個共享內存區，初始化該共享內存區相應的shmid_kernel結構注同時，還將在特殊文件系統shm中，創建並打開一個同名文件，並在內存中建立起該文件的相應dentry及inode結構，新打開的文件不屬於任何一個進程（任何進程都可以訪問該共享內存區）。所有這一切都是系統調用shmget完成的。
shmget（）用來獲得共享內存區域的ID，如果不存在指定的共享區域就創建相應的區域。shmat()把共享內存區域映射到調用進程的地址空間中去，這樣，進程就可以方便地對共享區域進行訪問操作。shmdt()調用用來解除進程對共享內存區域的映射。shmctl實現對共享內存區域的控制操作。這里我們不對這些系統調用作具體的介紹，讀者可參考相應的手冊頁面，後面的範例中將給出它們的調用方法。
註：shmget的內部實現包含了許多重要的系統V共享內存機制；shmat在把共享內存區域映射到進程空間時，並不真正改變進程的頁表。當進程第一次訪問內存映射區域訪問時，會因為沒有物理頁表的分配而導致一個缺頁異常，然後內核再根據相應的存儲管理機制為共享內存映射區域分配相應的頁表。
Ⅳ linux系統的進程間通信有哪幾種方式
數據傳輸
一個進程需要將它的數據發送給另一個進程，發送的數據量在一個位元組到幾M位元組之間
共享數據
多個進程想要操作共享數據，一個進程對共享數據
通知事
一個進程需要向另一個或一組進程發送消息，通知它（它們）發生了某種事件（如進程終止時要通知父進程）。
資源共享
多個進程之間共享同樣的資源。為了作到這一點，需要內核提供鎖和同步機制。
進程式控制制
有些進程希望完全控制另一個進程的執行（如Debug進程），此時控制進程希望能夠攔截另一個進程的所有陷入和異常，並能夠及時知道它的狀態改變。
Linux 進程間通信（IPC）的發展
linux下的進程通信手段基本上是從Unix平台上的進程通信手段繼承而來的。而對Unix發展做出重大貢獻的兩大主力AT&T的貝爾實驗室及BSD（加州大學伯克利分校的伯克利軟體發布中心）在進程間通信方面的側重點有所不同。
前者對Unix早期的進程間通信手段進行了系統的改進和擴充，形成了「system V IPC」，通信進程局限在單個計算機內；
後者則跳過了該限制，形成了基於套介面（socket）的進程間通信機制。
Linux則把兩者繼承了下來
早期UNIX進程間通信
基於System V進程間通信
基於Socket進程間通信
POSIX進程間通信。
UNIX進程間通信方式包括：管道、FIFO、信號。
System V進程間通信方式包括：System V消息隊列、System V信號燈、System V共享內存
POSIX進程間通信包括：posix消息隊列、posix信號燈、posix共享內存。
由於Unix版本的多樣性，電子電氣工程協會（IEEE）開發了一個獨立的Unix標准，這個新的ANSI Unix標准被稱為計算機環境的可移植性操作系統界面（PSOIX）。現有大部分Unix和流行版本都是遵循POSIX標準的，而Linux從一開始就遵循POSIX標准；
BSD並不是沒有涉足單機內的進程間通信（socket本身就可以用於單機內的進程間通信）。事實上，很多Unix版本的單機IPC留有BSD的痕跡，如4.4BSD支持的匿名內存映射、4.3+BSD對可靠信號語義的實現等等。
linux使用的進程間通信方式
管道（pipe）,流管道(s_pipe)和有名管道（FIFO）
信號（signal）
消息隊列
共享內存
信號量
套接字（socket)
管道( pipe )
管道這種通訊方式有兩種限制，一是半雙工的通信，數據只能單向流動，二是只能在具有親緣關系的進程間使用。進程的親緣關系通常是指父子進程關系。
流管道s_pipe: 去除了第一種限制,可以雙向傳輸.
管道可用於具有親緣關系進程間的通信，命名管道:name_pipe克服了管道沒有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它還允許無親緣關系進程間的通信；
信號量( semophore )
信號量是一個計數器，可以用來控制多個進程對共享資源的訪問。它常作為一種鎖機制，防止某進程正在訪問共享資源時，其他進程也訪問該資源。因此，主要作為進程間以及同一進程內不同線程之間的同步手段。
信號是比較復雜的通信方式，用於通知接受進程有某種事件發生，除了用於進程間通信外，進程還可以發送信號給進程本身；linux除了支持Unix早期信號語義函數sigal外，還支持語義符合Posix.1標準的信號函數sigaction（實際上，該函數是基於BSD的，BSD為了實現可靠信號機制，又能夠統一對外介面，用sigaction函數重新實現了signal函數）；
消息隊列( message queue )
消息隊列是由消息的鏈表，存放在內核中並由消息隊列標識符標識。消息隊列克服了信號傳遞信息少、管道只能承載無格式位元組流以及緩沖區大小受限等缺點。
消息隊列是消息的鏈接表，包括Posix消息隊列system V消息隊列。有足夠許可權的進程可以向隊列中添加消息，被賦予讀許可權的進程則可以讀走隊列中的消息。消息隊列克服了信號承載信息量少，管道只能承載無格式位元組流以及緩沖區大小受限等缺點。
信號 ( singal )
信號是一種比較復雜的通信方式，用於通知接收進程某個事件已經發生。
主要作為進程間以及同一進程不同線程之間的同步手段。
共享內存( shared memory )
共享內存就是映射一段能被其他進程所訪問的內存，這段共享內存由一個進程創建，但多個進程都可以訪問。共享內存是最快的 IPC 方式，它是針對其他進程間通信方式運行效率低而專門設計的。它往往與其他通信機制，如信號量，配合使用，來實現進程間的同步和通信。
使得多個進程可以訪問同一塊內存空間，是最快的可用IPC形式。是針對其他通信機制運行效率較低而設計的。往往與其它通信機制，如信號量結合使用，來達到進程間的同步及互斥。
套接字( socket )
套解口也是一種進程間通信機制，與其他通信機制不同的是，它可用於不同機器間的進程通信
更為一般的進程間通信機制，可用於不同機器之間的進程間通信。起初是由Unix系統的BSD分支開發出來的，但現在一般可以移植到其它類Unix系統上：Linux和System V的變種都支持套接字。
進程間通信各種方式效率比較
類型
無連接
可靠
流控制
記錄消息類型
優先順序
普通PIPE N Y Y N
流PIPE N Y Y N
命名PIPE(FIFO) N Y Y N
消息隊列 N Y Y Y
信號量 N Y Y Y
共享存儲 N Y Y Y
UNIX流SOCKET N Y Y N
UNIX數據包SOCKET Y Y N N
注:無連接: 指無需調用某種形式的OPEN,就有發送消息的能力流控制:
如果系統資源短缺或者不能接收更多消息,則發送進程能進行流量控制
各種通信方式的比較和優缺點
管道：速度慢，容量有限，只有父子進程能通訊
FIFO：任何進程間都能通訊，但速度慢
消息隊列：容量受到系統限制，且要注意第一次讀的時候，要考慮上一次沒有讀完數據的問題
信號量：不能傳遞復雜消息，只能用來同步
共享內存區：能夠很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一個進程在寫的時候，另一個進程要注意讀寫的問題，相當於線程中的線程安全，當然，共享內存區同樣可以用作線程間通訊，不過沒這個必要，線程間本來就已經共享了同一進程內的一塊內存
如果用戶傳遞的信息較少或是需要通過信號來觸發某些行為．前文提到的軟中斷信號機制不失為一種簡捷有效的進程間通信方式．
但若是進程間要求傳遞的信息量比較大或者進程間存在交換數據的要求，那就需要考慮別的通信方式了。
無名管道簡單方便．但局限於單向通信的工作方式．並且只能在創建它的進程及其子孫進程之間實現管道的共享：
有名管道雖然可以提供給任意關系的進程使用．但是由於其長期存在於系統之中，使用不當容易出錯．所以普通用戶一般不建議使用。
消息緩沖可以不再局限於父子進程，而允許任意進程通過共享消息隊列來實現進程間通信，並由系統調用函數來實現消息發送和接收之間的同步，從而使得用戶在使用消息緩沖進行通信時不再需要考慮同步問題，使用方便，但是信息的復制需要額外消耗CPU的時間，不適宜於信息量大或操作頻繁的場合。
共享內存針對消息緩沖的缺點改而利用內存緩沖區直接交換信息，無須復制，快捷、信息量大是其優點。
但是共享內存的通信方式是通過將共享的內存緩沖區直接附加到進程的虛擬地址空間中來實現的，因此，這些進程之間的讀寫操作的同步問題操作系統無法實現。必須由各進程利用其他同步工具解決。另外，由於內存實體存在於計算機系統中，所以只能由處於同一個計算機系統中的諸進程共享。不方便網路通信。
共享內存塊提供了在任意數量的進程之間進行高效雙向通信的機制。每個使用者都可以讀取寫入數據，但是所有程序之間必須達成並遵守一定的協議，以防止諸如在讀取信息之前覆寫內存空間等競爭狀態的出現。
不幸的是，Linux無法嚴格保證提供對共享內存塊的獨占訪問，甚至是在您通過使用IPC_PRIVATE創建新的共享內存塊的時候也不能保證訪問的獨占性。 同時，多個使用共享內存塊的進程之間必須協調使用同一個鍵值。
Ⅳ 架構師進階：Linux進程間如何共享內存
共享內存 IPC 原理
共享內存進程間通信機制主要用於實現進程間大量的數據傳輸，下圖所示為進程間使用共享內存實現大量數據傳輸的示意圖：
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共享內存是在內存中單獨開辟的一段內存空間，這段內存空間有自己特有的數據結構，包括訪問許可權、大小和最近訪問的時間等。該數據結構定義如下：
from /usr/include/linux/shm.h
struct shmid_ds {
struct ipc_perm shm_perm; /* operation perms 操作許可權 */
int shm_segsz; /* size of segment (bytes) 段長度大小 */
__kernel_time_t shm_atime; /* last attach time 最近attach時間 */
__kernel_time_t shm_dtime; /* last detach time 最近detach時間 */
__kernel_time_t shm_ctime; /* last change time 最近change時間 */
__kernel_ipc_pid_t shm_cpid; /* pid of creator 創建者pid */
__kernel_ipc_pid_t shm_lpid; /* pid of last operator 最近操作pid */
unsigned short shm_nattch; /* no. of current attaches */
unsigned short shm_unused; /* compatibility */
void *shm_unused2; /* ditto - used by DIPC */
void *shm_unused3; /* unused */|
};
兩個進程在使用此共享內存空間之前，需要在進程地址空間與共享內存空間之間建立聯系，即將共享內存空間掛載到進程中。
系統對共享內存做了以下限制：
#define SHMMAX 0x2000000 /* max shared seg size (bytes) 最大共享段大小 */
#define SHMMIN 1 /* min shared seg size (bytes) 最小共享段大小 */
#define SHMMNI 4096 /* max num of segs system wide */
#define SHMALL (SHMMAX/getpagesize()*(SHMMNI/16))|
define SHMSEG SHMMNI /* max shared segs per process */
Linux 共享內存管理
1.創建共享內存
#include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h>
/*
* 第一個參數為 key 值，一般由 ftok() 函數產生
* 第二個參數為欲創建的共享內存段大小(單位為位元組)
* 第三個參數用來標識共享內存段的創建標識
*/
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
2.共享內存控制
#include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h>
/*
* 第一個參數為要操作的共享內存標識符
* 第二個參數為要執行的操作
* 第三個參數為 shmid_ds 結構的臨時共享內存變數信息
*/
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
3.映射共享內存對象
系統調用 shmat() 函數實現將一個共享內存段映射到調用進程的數據段中，並返回內存空間首地址，其函數聲明如下：
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
/*
* 第一個參數為要操作的共享內存標識符
* 第二個參數用來指定共享內存的映射地址，非0則為此參數，為0的話由系統分配
* 第三個參數用來指定共享內存段的訪問許可權和映射條件
*/
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
4.分離共享內存對象
在使用完畢共享內存空間後，需要使用 shmdt() 函數調用將其與當前進程分離。函數聲明如下：
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
/*
* 參數為分配的共享內存首地址
*/
int shmdt(const void *shmaddr);
共享內存在父子進程間遵循的約定
1.使用 fork() 函數創建一個子進程後，該進程繼承父親進程掛載的共享內存。
2.如果調用 exec() 執行一個新的程序，則所有掛載的共享內存將被自動卸載。
3.如果在某個進程中調用了 exit() 函數，所有掛載的共享內存將與當前進程脫離關系。
程序實例
申請一段共享內存，父進程在首地址處存入一整數，子進程讀出。
#include
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include
#include
#define SHM_SIZE 1024
int main()
{
int shm_id, pid;
int *ptr = NULL;
/* 申請共享內存 */
shm_id = shmget((key_t)1004, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0600);
/* 映射共享內存到進程地址空間 */
ptr = (int*)shmat(shm_id, 0, 0);
printf("Attach addr is %p ", ptr);
*ptr = 1004;
printf("The Value of Parent is : %d ", *ptr);
if((pid=fork()) == -1){
perror("fork Err");
exit(0);
}
else if(!pid){
printf("The Value of Child is : %d ", *ptr);
exit(0);
}else{
sleep(1);
/* 解除映射 */
shmdt(ptr);
/* 刪除共享內存 */
shmctl(shm_id, IPC_RMID, 0);
}
return 0;
}
輸出結果：
640
Ⅵ Linux進程通信實驗（共享內存通信，接上篇）
這一篇記錄一下共享內存實驗，需要linux的共享內存機制有一定的了解，同時也需要了解POSIX信號量來實現進程間的同步。可以參考以下兩篇博客: https://blog.csdn.net/sicofield/article/details/10897091
https://blog.csdn.net/ljianhui/article/details/10253345
實驗要求：編寫sender和receiver程序，sender創建一個共享內存並等待用戶輸入，然後把輸入通過共享內存發送給receiver並等待，receiver收到後把消息顯示在屏幕上並用同樣方式向sender發送一個over，然後兩個程序結束運行。
這個實驗的難點主要在於共享內存的創建和撤銷（涉及到的步驟比較多，需要理解各步驟的功能），以及實現兩個進程間的相互等待（使用信號量來實現，這里使用了有名信號量）
實驗心得：學習理解了linux的共享內存機制以及POSIX信號量機制。
兩個實驗雖然加強了對linux一些機制的理解，但是感覺對linux的學習還不夠，需要繼續學習。