进程间通信目的
- 数据传输,
- 共享数据,一个进程对数据的修改,另外的进程能立刻看到;
- 通知事件,一个进程向另一个(一组)进程发送消息,通知它们发生了什么事件(子进程终止时通知父进程,Qt的消息机制);
- 资源共享,多个进程共享临界资源,需要内核提供锁和同步机制;
- 进程控制,有些进程希望完全控制另一个进程的执行(Debug进程),此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常,并能够及时知道它的状态改变。
进程间通信方式
1.信号
用于通知接收进程某件事情发生;信号由内核管理,在linux下每个进程都有自己独立的虚拟内存空间,互不干扰。
当A进程要通知B进程某事件发生时,A进程将通知信号交给内核,由内核负责通知B进程,即内核充当进程A、B的邮递员。
进程不仅可以发送信号给另一进程(kill),还可以发送信号给自身(raise)
缺点:承载信号少,一般来说只是一个整型数字。
2. 管道
管道是一种半双工通信方式,数据只能单向流动,
匿名管道用于父到子(孙。。)单向进程间通信;
有名管道(FIFO)还可用于无亲缘关系的进程间通信;
缺点:1)只能操作无格式字节流;2)缓冲区大小有限;
3)FIFO长期存在系统中,使用不当容易出错。
3. IPC
3.1 信号量
信号量是一个计数器,可以用来控制多个进程对共享资源的访问,常作为一种锁机制,通过PV原语来同步信号量S;
P原语(wait)申请一个单位资源,若S>0,则将S--,进程继续执行;否则进程循环等待资源;
V原语(signal)释放一个单位资源,S++;
主要用于进程间同步手段,还可以是进程下的线程间同步;
系统调用 semget()
3.2 消息队列
多个进程共同维护一个队列,有写权限的进程向队列中添加信息,有读权限的进程读走信息。
主要用于进程间交换短信息,由内核管理,不需要考虑同步问题(系统函数调用实现信息发送和接受间的同步;
在实际操作中需要在内核态和用户态间进行4次数据拷贝;
优点:克服承载信息少,只能操作无格式字节流等问题,且不需要考虑同步问题;
缺陷: 信息的复制消耗CPU时间,所以不适合信息量大和操作频繁的场合。
系统调用msgget()
3.3 共享内存
多个进程共享内存,直接读取内存,不需要任何数据拷贝。
通过mmap()系统调用使得进程间通过映射同一文件(linux下一切皆可看成文件)到各自的虚拟内存空间,从而共享文件,是最快的通信方式,在内存缓冲区直接交换信息,
优点: 克服消息缓冲通信效率低问题;无需复制、信息量大。
缺陷: 1)直接将共享内存映射到进程的虚拟地址空间中,需要进程自己管理同步问题(常与信号量结合使用,来处理进程间同步问题);
2)内存实体存放在计算机系统,因此只能是一台机器内的进程共享,不方便网络通信。
系统调用shmget()
4. socket通信
用于不同机器间的进程通信。
总结
- 信号:承载信息少;
- 管道:操作简单;但速度慢,容量有限,只有父子进程能通讯,单向通信;
- FIFO:任何进程间都能通讯;但速度慢,且长期存在系统中,使用不当容易出错;
- 信号量:不能传递复杂消息,只能用来同步;
- 消息队列:信息复制需要额外消耗CPU时间,不适用与消息量大或操作频繁的场合;
- 共享内存区:无需复制,快捷,信息量大,速度快,但要保持同步;
上述的进程通信方式没有绝对的优与劣之分,在具体使用过程中,根据当前场景的不同,选择合适的进程通信方式,如:当用户进程传递的消息很少,或是通过信号来触发某些行为,那么使用信号通信方式就是个不错的选择。