導航:首頁 > 操作系統 > linux進程通信機制

linux進程通信機制

發布時間:2023-06-08 16:44:42

1. linux進程間通訊的幾種方式

進程間通信(IPC,Interprocess communication)是一組編程介面,讓程序員能夠協調不同的進程,使之能在一個操作系統里同時運行,並相互傳遞、交換信息。這使得一個程序能夠在同一時間里處理許多用戶的要求。因為即使只有一個用戶發出要求,也可能導致一個操作系統中多個進程的運行,進程之間必須互相通話。IPC介面就提供了這種可能性。每個IPC方法均有它自己的優點和局限性,一般,對於單個程序而言使用所有的IPC方法是不常見的。
1、無名管道通信
無名管道(pipe):管道是一種半雙工的通信方式,數據只能單向流動,而且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。
2、高級管道通信
高級管道(popen):將另一個程序當做一個新的進程在當前程序進程中啟動,則它算是當前程序的子進程,這種方式我們稱為高級管道方式。
3、有名管道通信
有名管道(named pipe):有名管道也是半雙工的通信方式,但是它允許無親緣關系進程間的通信。
4、消息隊列通信
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。
5、信號量通信
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。
6、信號
信號(sinal):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。
7、共享內存通信
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。
8、套接字通信
套接字(socket):套接字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。

2. Linux 進程間套接字通信(Socket)基礎知識

姓名:羅學元    學號:21181214375    學院:廣州研究院

【嵌牛導讀】Linux進程間套接字通信基礎

【嵌牛鼻子】Linux 進程間套接字及通信介紹

【嵌牛提問】Linux進程間套接字包含哪些內容,如何實現通信

一、套接字(Socket)通信原理

套接字通信允許互聯的位於不同計算機上的進程之間實現通信功能。

二、套接字的屬性

套接字的特性由3個屬性確定,它們分別是:域、類型和協議。

1. 套接字的域

它指定套接字通信中使用的網路介質,最常見的套接字域是AF_INET,它指的是Internet網路。當客戶使用套接字進行跨網路的連接時,它就需要用到伺服器計算機的IP地址和埠來指定一台聯網機器上的某個特定服務,所以在使用socket作為通信的終點,伺服器應用程序必須在開始通信之前綁定一個埠,伺服器在指定的埠等待客戶的連接。

另一個域AF_UNIX表示UNIX文件系統,就是文件輸入/輸出,它的地址就是文件名。

2. 套接字類型

網際網路提供了兩種通信機制:流(stream)和數據報(datagram),因而套接字的類型也就分為流套接字和數據報套接字。我們主要看流套接字。

流套接字由類型SOCK_STREAM指定,它們是在AF_INET域中通過TCP/IP連接實現,同時也是AF_UNIX中常用的套接字類型。

流套接字提供的是一個有序、可靠、雙向位元組流的連接,因此發送的數據可以確保不會丟失、重復或亂序到達,而且它還有一定的出錯後重新發送的機制。

與流套接字相對的是由類型SOCK_DGRAM指定的數據報套接字,它不需要建立連接和維持一個連接,它們在AF_INET中通常是通過UDP/IP實現的。它對可以發送的數據的長度有限制,數據報作為一個單獨的網路消息被傳輸,它可能丟失、復制或錯亂到達,UDP不是一個可靠的協議,但是它的速度比較高,因為它並不需要總是要建立和維持一個連接。

3.套接字協議

只要底層的傳輸機制允許不止一個協議來提供要求的套接字類型,我們就可以為套接字選擇一個特定的協議。通常只需要使用默認值。

三、套接字地址

每個套接字都有其自己的地址格式,對於AF_UNIX域套接字來說,它的地址由結構sockaddr_un來描述,該結構定義在頭文件

struct sockaddr_un{

sa_family_t sun_family;  //AF_UNIX,它是一個短整型

char sum_path[];  //路徑名

};

對於AF_INET域套接字來說,它的地址結構由sockaddr_in來描述,它至少包括以下幾個成員:

struct sockaddr_in{

short int sin_family;  //AN_INET

unsigned short int sin_port;  //埠號

struct in_addr sin_addr;    //IP地址

}

而in_addr被定義為:

struct in_addr{

unsigned long int s_addr;

}

四、基於流套接字的客戶/伺服器的工作流程

使用socket進行進程通信的進程採用的客戶/伺服器系統是如何工作的呢?

1.伺服器端

首先,伺服器應用程序用系統調用socket來創建一個套接字,它是系統分配給該伺服器進程的類似文件描述符的資源,它不能與其他的進程共享。

接下來,伺服器進程會給套接字起個名字,我們使用系統調用bind來給套接字命名。然後伺服器進程就開始等待客戶連接到這個套接字。

然後,系統調用listen來創建一個隊列,並將其用於存放來自客戶的進入連接。

最後,伺服器通過系統調用accept來接受客戶的連接。它會創建一個與原有的命名套接不同的新套接字,這個套接字只用於與這個特定客戶端進行通信,而命名套接字(即原先的套接字)則被保留下來繼續處理來自其他客戶的連接。

2.客戶端

基於socket的客戶端比伺服器端簡單。同樣,客戶應用程序首先調用socket來創建一個未命名的套接字,然後講伺服器的命名套接字作為一個地址來調用connect與伺服器建立連接。

一旦連接建立,我們就可以像使用底層的文件描述符那樣用套接字來實現雙向數據的通信。

3. linux系統的進程間通信有哪幾種方式

4. Linux進程間通信(互斥鎖、條件變數、讀寫鎖、文件鎖、信號燈)

為了能夠有效的控制多個進程之間的溝通過程,保證溝通過程的有序和和諧,OS必須提供一定的同步機制保證進程之間不會自說自話而是有效的協同工作。比如在 共享內存的通信方式中,兩個或者多個進程都要對共享的內存進行數據寫入,那麼怎麼才能保證一個進程在寫入的過程中不被其它的進程打斷,保證數據的完整性 呢?又怎麼保證讀取進程在讀取數據的過程中數據不會變動,保證讀取出的數據是完整有效的呢?

常用的同步方式有: 互斥鎖、條件變數、讀寫鎖、記錄鎖(文件鎖)和信號燈.

互斥鎖:

顧名思義,鎖是用來鎖住某種東西的,鎖住之後只有有鑰匙的人才能對鎖住的東西擁有控制權(把鎖砸了,把東西偷走的小偷不在我們的討論范圍了)。所謂互斥, 從字面上理解就是互相排斥。因此互斥鎖從字面上理解就是一點進程擁有了這個鎖,它將排斥其它所有的進程訪問被鎖住的東西,其它的進程如果需要鎖就只能等待,等待擁有鎖的進程把鎖打開後才能繼續運行。 在實現中,鎖並不是與某個具體的變數進行關聯,它本身是一個獨立的對象。進(線)程在有需要的時候獲得此對象,用完不需要時就釋放掉。

互斥鎖的主要特點是互斥鎖的釋放必須由上鎖的進(線)程釋放,如果擁有鎖的進(線)程不釋放,那麼其它的進(線)程永遠也沒有機會獲得所需要的互斥鎖。

互斥鎖主要用於線程之間的同步。

條件變數:

上文中提到,對於互斥鎖而言,如果擁有鎖的進(線)程不釋放鎖,其它進(線)程永遠沒機會獲得鎖,也就永遠沒有機會繼續執行後續的邏輯。在實際環境下,一 個線程A需要改變一個共享變數X的值,為了保證在修改的過程中X不會被其它的線程修改,線程A必須首先獲得對X的鎖。現在假如A已經獲得鎖了,由於業務邏 輯的需要,只有當X的值小於0時,線程A才能執行後續的邏輯,於是線程A必須把互斥鎖釋放掉,然後繼續「忙等」。如下面的偽代碼所示:

1.// get x lock

2.while(x

5. linux 進程間通信的幾種方式

1管道(Pipe)及有名管道(named pipe):管道可用於具有親緣關系進程間的通信,有名管道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;
2信號(Signal):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);
3報文(Message)隊列(消息隊列):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。
4共享內存: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。
5信號量(semaphore):主要作為進程間以及同一進程不同線程之間的同步手段。
6套介面(Socket):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。

6. 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。

閱讀全文

與linux進程通信機制相關的資料

熱點內容
華為手機的方舟編譯器在哪呢 瀏覽:121
下載壓縮虐殺原形2 瀏覽:903
linux腳本cd 瀏覽:162
間架結構pdf 瀏覽:843
重慶農村商業銀行app怎麼老出問題 瀏覽:471
慧編程配置要求 瀏覽:673
數控機床編程與操作視頻 瀏覽:461
文件夾資料誤刪怎麼辦 瀏覽:87
手機app怎麼下載安裝 瀏覽:492
最新的java版本 瀏覽:993
萬卷小說緩存在哪個文件夾 瀏覽:687
st單片機怎樣燒 瀏覽:871
watch怎麼下載APP 瀏覽:821
銀行程序員面試 瀏覽:358
我的世界的伺服器為什麼不能更新 瀏覽:769
命令與征服絕命時刻比賽視頻 瀏覽:827
電腦捕獲視頻的文件夾怎麼換 瀏覽:484
windows編譯安卓軟體 瀏覽:211
加密dns列表 瀏覽:991
股市操練大全八冊pdf 瀏覽:122