linux操作系统下的进程通信设计

时间：01-24 来源：EDN 点击：

linux下的进程通信手段基本上是从Unix平台上的进程通信手段继承而来的。而对Unix发展做出重大贡献的两大主力AT&T的贝尔实验室及BSD（加州大学伯克利分校的伯克利软件发布中心）在进程间通信方面的侧重点有所不同。前者对Unix早期的进程间通信手段进行了系统的改进和扩充，形成了"system V IPC"，通信进程局限在单个计算机内；后者则跳过了该限制，形成了基于套接口（socket）的进程间通信机制。Linux则把两者继承了下来，如图示：

　　其中，最初Unix IPC包括：管道、FIFO、信号；System V IPC包括：System V消息队列、System V信号灯、System V共享内存区；Posix IPC包括：Posix消息队列、Posix信号灯、Posix共享内存区。有两点需要简单说明一下：

　　1）由于Unix版本的多样性，电子电气工程协会（IEEE）开发了一个独立的Unix标准，这个新的ANSI Unix标准被称为计算肪车目梢浦残圆僮飨低辰缑妫≒SOIX）。现有大部分Unix和流行版本都是遵循POSIX标准的，而Linux从一开始就遵循POSIX标准；

　　2）BSD并不是没有涉足单机内的进程间通信（socket本身就可以用于单机内的进程间通信）。事实上，很多Unix版本的单机IPC留有BSD的痕迹，如4.4BSD支持的匿名内存映射、4.3+BSD对可靠信号语义的实现等等。

　　linux下进程间通信的几种主要手段简介：

　　1.管道

　　管道是进程间通信中最古老的方式，它包括无名管道和有名管道两种，前者可用于具有亲缘关系进程间的通信，即可用于父进程和子进程间的通信，后者额克服了管道没有名字的限制，因此，除具有前者所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信，即可用于运行于同一台机器上的任意两个进程间的通信。

　　无名管道由pipe（）函数创建：

　　#include <unistd.h>

　　int pipe(int fiLEDis)；

　　参数filedis返回两个文件描述符：filedes[0]为读而打开，filedes为写而打开。filedes的输出是filedes[0]的输入。

　　在Linux系统下，有名管道可由两种方式创建：命令行方式mknod系统调用和函数mkfifo。下面的两种途径都在当前目录下生成了一个名为myfifo的有名管道：

　　方式一：mkfifo("myfifo","rw");

　　方式二：mknod myfifo p

　　生成了有名管道后，就可以使用一般的文件I/O函数如open、close、read、write等来对它进行操作。

　　2.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。消息队列用于运行于同一台机器上的进程间通信，它和管道很相似，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。

　　我们可以用流管道或者套接口的方式来取代它。

3.共享内存

　　共享内存是运行在同一台机器上的进程间通信最快的方式，因为数据不需要在不同的进程间复制。通常由一个进程创建一块共享内存区，其余进程对这块内存区进行读写。共享内存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。

　　首先要用的函数是shmget，它获得一个共享存储标识符。

　　#include <sys/types.h>

　　#include <sys/ipc.h>

　　#include <sys/shm.h>

　　int shmget(key_t key, int size, int flag);

　　这个函数有点类似大家熟悉的malloc函数，系统按照请求分配size大小的内存用作共享内存。linux系统内核中每个IPC结构都有的一个非负整数的标识符，这样对一个消息队列发送消息时只要引用标识符就可以了。这个标识符是内核由IPC结构的关键字得到的，这个关键字，就是上面第一个函数的key。数据类型key_t是在头文件sys/types.h中定义的，它是一个长整形的数据。在我们后面的章节中，还会碰到这个关键字。

　　当共享内存创建后，其余进程可以调用shmat（）将其连接到自身的地址空间中。

　　void *shmat(int shmid, void *addr, int flag);

　　shmid为shmget函数返回的共享存储标识符，addr和flag参数决定了以什么方式来确定连接的地址，函数的返回值即是该进程数据段所连接的实际地址，进程可以对此进程进行读写操作。

　　使用共享存储来实现进程间通信的注意点是对数据存取的同步，必须确保当一个进程去读取数据时，它所想要的数据已经写好了。通常，信号量被要来实现对共享存储数据存取的同步，另外，可以通过使用shmctl函数设置共享存储内存的某些标志位如SHM_LOCK、SHM_UNLOCK等来实现。

　　4. 信号量

信号量又称为信号灯，它是用来协调不同进程间的数据对象的，而最主要的应用是前一节的共享内存方式的进程间通信。本质上，信号量是一个计数器，它用来记录对某个资源（如共享内存

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