进程通信,是指进程之间的信息交换(信息量少则一个状态或数值,多者则是成千上万个字节)。因此,对于用信号量进行的进程间的互斥和同步,由于其所交换的信息量少而被归结为低级通信。

所谓高级进程通信指:用户可以利用操作系统所提供的一组通信命令传送大量数据的一种通信方式。操作系统隐藏了进程通信的实现细节。或者说,通信过程对用户是透明的。

一、管道

管道,通常指无名管道,是 UNIX 系统IPC最古老的形式。
管道是单向的、先进先出的、无结构的、固定大小的字节流,它把一个进程的标准输出和另一个进程的标准输入连接在一起。写进程在管道的尾端写入数据,读进程在管道的道端读出数据。数据读出后将从管道中移走,其它读进程都不能再读到这些数据。管道提供了简单的流控制机制。进程试图读空管道时,在有数据写入管道前,进程将一直阻塞。同样地,管道已经满时,进程再试图写管道,在其它进程从管道中移走数据之前,写进程将一直阻塞。

特点:
  • 它是半双工的(即数据只能在一个方向上流动),具有固定的读端和写端。
  • 它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信(也是父子进程或者兄弟进程之间)。
  • 它可以看成是一种特殊的文件,对于它的读写也可以使用普通的read、write 等函数。但是它不是普通的文件,并不属于其他任何文件系统,并且只存在于内存中。

单个进程中的管道几乎没有任何用处。所以,通常调用 pipe 的进程接着调用 fork,这样就创建了父进程与子进程之间的 IPC 通道。

windows 进程间通讯 RPC 教程 进程怎么通信_信号量

二、FIFO

FIFO,也称为命名管道,它是一种文件类型。FIFO的通信方式类似于在进程中使用文件来传输数据,只不过FIFO类型文件同时具有管道的特性。在数据读出时,FIFO管道中同时清除数据,并且“先进先出”。

特点
  • FIFO可以在无关的进程之间交换数据,与无名管道不同。
  • FIFO有路径名与之相关联,它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。

用FIFO让一个服务器和多个客户端进行交流时候,每个客户在向服务器发送信息前建立自己的读管道,或者让服务器在得到数据后再建立管道。使用客户的进程号(pid)作为管道名是一种常用的方法。客户可以先把自己的进程号告诉服务器,然后再到那个以自己进程号命名的管道中读取回复。

windows 进程间通讯 RPC 教程 进程怎么通信_数据_02

三、消息队列

消息队列,是消息的链接表,存放在内核中。一个消息队列由一个标识符(即队列ID)来标识。它在系统内核中是以消息链表的形式出现的。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

特点
  • 消息队列是面向记录的,其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。
  • 消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时,消息队列及其内容并不会被删除。
  • 消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。

四、信号量

信号量(semaphore)与已经介绍过的 IPC 结构不同,它是一个计数器。信号量用于实现进程间的互斥与同步,而不是用于存储进程间通信数据。可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制,防止某进程正在访问共享资源时,其它进程也访问该资源。因此,主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。

特点
  • 信号量用于进程间同步,若要在进程间传递数据需要结合共享内存。
  • 信号量基于操作系统的 PV 操作,程序对信号量的操作都是原子操作。
  • 每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1,而且可以加减任意正整数。
  • 支持信号量组。

五、共享内存

共享内存(Shared Memory),指两个或多个进程共享一个给定的存储区。共享内存允许两个或多个进程访问同一个逻辑内存。这一段内存可以被两个或两个以上的进程映射至自身的地址空间中,一个进程写入共享内存的信息,可以被其他使用这个共享内存的进程,通过一个简单的内存读取读出,从而实现了进程间的通信。如果某个进程向共享内存写入数据,所做的改动将立即影响到可以访问同一段共享内存的任何其他进程。共享内存是最快的IPC方式,它是针对其它进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其它通信机制(如信号量)配合使用,来实现进程间的同步和通信。

特点
  • 共享内存是最快的一种 IPC,因为进程是直接对内存进行存取。
  • 因为多个进程可以同时操作,所以需要进行同步。
  • 信号量+共享内存通常结合在一起使用,信号量用来同步对共享内存的访问。

六、套接字

套接字也是一种进程间通信机制,与其它通信机制不同的是,它可用于不同机器间的进程通信。

总结

1.管道:速度慢,容量有限,只有父子进程能通讯

2.FIFO:任何进程间都能通讯,但速度慢

3.消息队列:容量受到系统限制,且要注意第一次读的时候,要考虑上一次没有读完数据的问题

4.信号量:不能传递复杂消息,只能用来同步

5.共享内存区:能够很容易控制容量,速度快,但要保持同步,比如一个进程在写的时候,另一个进程要注意读写的问题,相当于线程中的线程安全,当然,共享内存区同样可以用作线程间通讯,不过没这个必要,线程间本来就已经共享了同一进程内的一块内存