进程间通信机制的分析与比较-课件

进程间通信机制的分析与比较

Ver20190302v0.1进程间通信机制的分析与比较

Ver20190302v0.11为什么进程间需要通信？

1、数据传输一个进程需要将它的数据发送给另一个进程。2、资源共享多个进程之间共享同样的资源。3、通知事件一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它们发生了某种事件。4、进程控制有些进程希望完全控制另一个进程的执行（如Debug进程），此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有操作，并能够及时知道它的状态改变。为什么进程间需要通信？

1、数据传输2分类进程间通信方式包括：1、管道（pipe）和有名管道（FIFO）2、信号（signal）3、消息队列4、共享内存5、信号量6、套接字（socket）分类进程间通信方式包括：3进程间通信机制的分析与比较-课件4信号信号5信号通信

信号(signal)机制是Unix系统中最为古老的进程间通信机制，很多条件可以产生一个信号：1、当用户按某些按键时，产生信号。2、硬件异常产生信号：除数为0、无效的存储访问等等。这些情况通常由硬件检测到，将其通知内核，然后内核产生适当的信号通知进程，例如，内核对正访问一个无效存储区的进程产生一个SIGSEGV信号。3、进程用kill函数将信号发送给另一个进程。4、用户可用kill命令将信号发送给其他进程。信号通信

信号(signal)机制是Unix系统中最为古老的6信号类型下面是几种常见的信号：

SIGHUP：从终端上发出的结束信号

SIGINT：来自键盘的中断信号（Ctrl-C）

SIGKILL：该信号结束接收信号的进程SIGTERM：kill命令发出的信号

SIGCHLD：标识子进程停止或结束的信号

SIGSTOP：来自键盘（Ctrl-Z）或调试程序的停止执行信号信号类型下面是几种常见的信号：7信号处理当某信号出现时，将按照下列三种方式中的一种进行处理：1、忽略此信号大多数信号都按照这种方式进行处理，但有两种信号却决不能被忽略。它们是：SIGKILL和SIGSTOP。这两种信号不能被忽略的原因是：它们向超级用户提供了一种终止或停止进程的方法。2、执行用户希望的动作通知内核在某种信号发生时，调用一个用户函数。在用户函数中，执行用户希望的处理。3、执行系统默认动作对大多数信号的系统默认动作是终止该进程。信号处理当某信号出现时，将按照下列三种方式中的一种进行处理：8进程间通信机制的分析与比较-课件9进程间通信机制的分析与比较-课件10进程间通信机制的分析与比较-课件11信号通信机制的局限性

这种通信方式主要的局限性就是开销太大，发送进程需要调用系统调用，这时核心会中断接收进程，且要管理它的堆栈、调用处理程序、恢复被中断的接收信号进程等.另外，信号的数量受到限制，并且只能传送有限的信息量，例如不能携带参数等。所以对于复杂的通信操作不适用。信号通信机制的局限性

这种通信方式主要的局限性就是开销太大，12管道通信

管道通信

13什么是管道？

管道是单向的、先进先出的，它把一个进程的输出和另一个进程的输入连接在一起。一个进程（写进程）在管道的尾部写入数据，另一个进程（读进程）从管道的头部读出数据。数据被一个进程读出后，将被从管道中删除，其它读进程将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，进程将阻塞。同样，管道已经满时，进程再试图向管道写入数据，进程将阻塞。什么是管道？

管道是单向的、先进先出的，它把一个进程的输出和14样例：ls

-l

|

less

在这个例子中，ls用于在Unix下列出目录内容，less是一个有搜索功能的交互式的文本分页器。这个管线使得用户可以在列出的目录内容比屏幕长时目录上下翻页。以less退出的管道（或more，这是个相似的标签页工具，与more相比less允许使用者往回卷动）是最常被使用的。这让用户可以阅览尚未显示的大量文字（受可用缓存限制，控制台的屏幕大小、屏幕缓存大小往往有限，不足以一次先输出所有输出内容，也不能自由滚动内容），若少了这工具则这些文字将会卷过终端机而无法阅读到。样例：ls-l|less

在这个例子中，ls用于在U15管道分类

管道包括无名管道和有名管道两种，前者用于父进程和子进程间的通信，后者可用于运行于同一系统中的任意两个进程间的通信。无名管道由pipe（）函数创建：intpipe(intfiledis[2])；当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符：filedis[0]用于读管道，filedis[1]用于写管道。管道分类

管道包括无名管道和有名管道两种，前者用于父进程和子16管道创建

无名管道由pipe（）函数创建：intpipe(intfiledis[2])；当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符：filedis[0]用于读管道，filedis[1]用于写管道有名管道（FIFO）intmkfifo(constchar*pathname,mode_tmode)vpathname：FIFO文件名vmode：属性（见文件操作章节）一旦创建了一个FIFO，就可用open打开它，一般的文件访问函数（close、read、write等）都可用于FIFO。管道创建

无名管道由pipe（）函数创建：17进程间通信机制的分析与比较-课件18无名管道#include<unistd.h>#include<errno.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>intmain(){intpipe_fd[2];if(pipe(pipe_fd)<0){printf("pipecreateerror\n");return-1;}elseprintf("pipecreatesuccess\n");close(pipe_fd[0]);close(pipe_fd[1]);}无名管道#include<unistd.h>19举例:pipe_rw.c举例:pipe_rw.c20进程间通信机制的分析与比较-课件21进程间通信机制的分析与比较-课件22SystemVIPCSystemVIPC23SystemVSystemV是AT&T的第一个商业UNIX版本（UNIXSystemIII）的加强。传统上，SystemV被看作是两种UNIX"风味"之一（另一个是BSD（BerkeleySoftwareDistribution，伯克利软件套件））。然而，随着一些并不基于这两者代码的UNIX实现的出现，例如Linux和QNX，这一归纳不再准确，但不论如何，像POSIX这样的标准化努力一直在试图减少各种实现之间的不同。SystemVSystemV是AT&T的第一个商业UNI24消息队列消息队列25消息队列就是一个消息的链表。可以把消息看作一个记录，具有特定的格式。进程可以向中按照一定的规则添加新消息；另一些进程则可以从消息队列中读走消息。消息队列就是一个消息的链表。可以把消息看作一个记录，具有特定26和信号相比，消息队列能够传递更多的信息。与管道相比，消息队列提供了有格式的数据，这可以减少开发人员的工作量。和信号相比，消息队列能够传递更多的信息。与管道相比，消息队列27信号量信号量28信号量(又名：信号灯)与其他进程间通信方式不大相同，主要用途是保护临界资源。进程可以根据它判定是否能够访问某些共享资源。除了用于访问控制外，还可用于进程同步。信号量(又名：信号灯)与其他进程间通信方式不大相同，主要用途29分类二值信号灯：信号灯的值只能取0或1，类似于互斥锁。但两者有不同：信号灯强调共享资源，只要共享资源可用，其他进程同样可以修改信号灯的值；互斥锁更强调进程，占用资源的进程使用完资源后，必须由进程本身来解锁。计数信号灯：信号灯的值可以取任意非负值。分类二值信号灯：信号灯的值只能取0或1，类似于互斥锁。但两30进程间通信机制的分析与比较-课件31共享内存

共享内存

32共享内存共享内存是被多个进程共享的一部分物理内存。共享内存是进程间共享数据的一种最快的方法，一个进程向共享内存区域写入了数据，共享这个内存区域的所有进程就可以立刻看到其中的内容。共享内存共享内存是被多个进程共享的一部分物理内存。共享内存是33进程间通信机制的分析与比较-课件34共享内存实现步骤

一、创建共享内存，使用shmget函数。二、映射共享内存，将这段创建的共享内存映射到具体的进程空间去，使用shmat函数。共享内存实现步骤

一、创建共享内存，使用shmget函数。35创建intshmget(key_tkey,intsize,intshmflg)key标识共享内存的键值:0/IPC_PRIVATE。当key的取值为IPC_PRIVATE，则函数shmget()将创建一块新的共享内存；如果key的取值为0，而参数shmflg中又设置IPC_PRIVATE这个标志，则同样会创建一块新的共享内存。返回值：如果成功，返回共享内存标识符；如果失败，返回-1。创建intshmget(key_tkey,int36映射intshmat(intshmid,char*shmaddr,intflag)参数：shmid：shmget函数返回的共享存储标识符flag：决定以什么方式来确定映射的地址（通常为0）返回值：如果成功，则返回共享内存映射到进程中的地址；如果失败，则返回-1。映射intshmat(intshmid,char37删除当一个进程不再需要共享内存时，需要把它从进程地址空间中脱离。intshmdt(char*shmaddr)删除当一个进程不再需要共享内存时，需要把它从进程地址空间中脱38进程间通信机制的分析与比较-课件39进程间通信机制的分析与比较-课件40进程间通信机制的分析与比较-课件41进程间通信机制的分析与比较-课件42进程间通信机制的分析与比较-课件43进程间通信机制的分析与比较-课件44进程间通信机制的分析与比较-课件45进程间通信机制的分析与比较-课件46进程间通信机制的分析与比较-课件47进程间通信机制的分析与比较-课件48进程间通信机制的分析与比较-课件49进程间通信机制的分析与比较

Ver20190302v0.1进程间通信机制的分析与比较

Ver20190302v0.150为什么进程间需要通信？

1、数据传输一个进程需要将它的数据发送给另一个进程。2、资源共享多个进程之间共享同样的资源。3、通知事件一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它们发生了某种事件。4、进程控制有些进程希望完全控制另一个进程的执行（如Debug进程），此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有操作，并能够及时知道它的状态改变。为什么进程间需要通信？

1、数据传输51分类进程间通信方式包括：1、管道（pipe）和有名管道（FIFO）2、信号（signal）3、消息队列4、共享内存5、信号量6、套接字（socket）分类进程间通信方式包括：52进程间通信机制的分析与比较-课件53信号信号54信号通信

信号(signal)机制是Unix系统中最为古老的进程间通信机制，很多条件可以产生一个信号：1、当用户按某些按键时，产生信号。2、硬件异常产生信号：除数为0、无效的存储访问等等。这些情况通常由硬件检测到，将其通知内核，然后内核产生适当的信号通知进程，例如，内核对正访问一个无效存储区的进程产生一个SIGSEGV信号。3、进程用kill函数将信号发送给另一个进程。4、用户可用kill命令将信号发送给其他进程。信号通信

信号(signal)机制是Unix系统中最为古老的55信号类型下面是几种常见的信号：

SIGHUP：从终端上发出的结束信号

SIGINT：来自键盘的中断信号（Ctrl-C）

SIGKILL：该信号结束接收信号的进程SIGTERM：kill命令发出的信号

SIGCHLD：标识子进程停止或结束的信号

SIGSTOP：来自键盘（Ctrl-Z）或调试程序的停止执行信号信号类型下面是几种常见的信号：56信号处理当某信号出现时，将按照下列三种方式中的一种进行处理：1、忽略此信号大多数信号都按照这种方式进行处理，但有两种信号却决不能被忽略。它们是：SIGKILL和SIGSTOP。这两种信号不能被忽略的原因是：它们向超级用户提供了一种终止或停止进程的方法。2、执行用户希望的动作通知内核在某种信号发生时，调用一个用户函数。在用户函数中，执行用户希望的处理。3、执行系统默认动作对大多数信号的系统默认动作是终止该进程。信号处理当某信号出现时，将按照下列三种方式中的一种进行处理：57进程间通信机制的分析与比较-课件58进程间通信机制的分析与比较-课件59进程间通信机制的分析与比较-课件60信号通信机制的局限性

这种通信方式主要的局限性就是开销太大，发送进程需要调用系统调用，这时核心会中断接收进程，且要管理它的堆栈、调用处理程序、恢复被中断的接收信号进程等.另外，信号的数量受到限制，并且只能传送有限的信息量，例如不能携带参数等。所以对于复杂的通信操作不适用。信号通信机制的局限性

这种通信方式主要的局限性就是开销太大，61管道通信

管道通信

62什么是管道？

管道是单向的、先进先出的，它把一个进程的输出和另一个进程的输入连接在一起。一个进程（写进程）在管道的尾部写入数据，另一个进程（读进程）从管道的头部读出数据。数据被一个进程读出后，将被从管道中删除，其它读进程将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，进程将阻塞。同样，管道已经满时，进程再试图向管道写入数据，进程将阻塞。什么是管道？

管道是单向的、先进先出的，它把一个进程的输出和63样例：ls

-l

|

less

在这个例子中，ls用于在Unix下列出目录内容，less是一个有搜索功能的交互式的文本分页器。这个管线使得用户可以在列出的目录内容比屏幕长时目录上下翻页。以less退出的管道（或more，这是个相似的标签页工具，与more相比less允许使用者往回卷动）是最常被使用的。这让用户可以阅览尚未显示的大量文字（受可用缓存限制，控制台的屏幕大小、屏幕缓存大小往往有限，不足以一次先输出所有输出内容，也不能自由滚动内容），若少了这工具则这些文字将会卷过终端机而无法阅读到。样例：ls-l|less

在这个例子中，ls用于在U64管道分类

管道包括无名管道和有名管道两种，前者用于父进程和子进程间的通信，后者可用于运行于同一系统中的任意两个进程间的通信。无名管道由pipe（）函数创建：intpipe(intfiledis[2])；当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符：filedis[0]用于读管道，filedis[1]用于写管道。管道分类

管道包括无名管道和有名管道两种，前者用于父进程和子65管道创建

无名管道由pipe（）函数创建：intpipe(intfiledis[2])；当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符：filedis[0]用于读管道，filedis[1]用于写管道有名管道（FIFO）intmkfifo(constchar*pathname,mode_tmode)vpathname：FIFO文件名vmode：属性（见文件操作章节）一旦创建了一个FIFO，就可用open打开它，一般的文件访问函数（close、read、write等）都可用于FIFO。管道创建

无名管道由pipe（）函数创建：66进程间通信机制的分析与比较-课件67无名管道#include<unistd.h>#include<errno.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>intmain(){intpipe_fd[2];if(pipe(pipe_fd)<0){printf("pipecreateerror\n");return-1;}elseprintf("pipecreatesuccess\n");close(pipe_fd[0]);close(pipe_fd[1]);}无名管道#include<unistd.h>68举例:pipe_rw.c举例:pipe_rw.c69进程间通信机制的分析与比较-课件70进程间通信机制的分析与比较-课件71SystemVIPCSystemVIPC72SystemVSystemV是AT&T的第一个商业UNIX版本（UNIXSystemIII）的加强。传统上，SystemV被看作是两种UNIX"风味"之一（另一个是BSD（BerkeleySoftwareDistribution，伯克利软件套件））。然而，随着一些并不基于这两者代码的UNIX实现的出现，例如Linux和QNX，这一归纳不再准确，但不论如何，像POSIX这样的标准化努力一直在试图减少各种实现之间的不同。SystemVSystemV是AT&T的第一个商业UNI73消息队列消息队列74消息队列就是一个消息的链表。可以把消息看作一个记录，具有特定的格式。进程可以向中按照一定的规则添加新消息；另一些进程则可以从消息队列中读走消息。消息队列就是一个消息的链表。可以把消息看作一个记录，具有特定75和信号相比，消息队列能够传递更多的信息。与管道相比，消息队列提供了有格式的数据，这可以减少开发人员的工作量。和信号相比，消息队列能够传递更多的信息。与管道相比，消息队列76信号量信号量77信号量(又名：信号灯)与其他进程间通信方式不大相同，主要用途是保护临界资源。进程可以根据它判定是否能够访问某些共享资源。除了用于访问控制外，还可用于进程同步。信号量(又名：信号灯)与其他进程间通信方式不大相同，主要用途78分类二值信号灯：信号灯的值只能取0或1，类似于互斥锁。但两者有不同：信号灯强调共享资源，只要共享资源可用，其他进程同样可以修改信号灯的值；互斥锁更强调进程，占用资源的进程使用完资源后，必须由进程本身来解锁。计数信号灯：信号灯的值可以取任意非负值。分类二值信号灯：信号灯的值只能取0或1，类似于互斥锁。但两79进程间通信机制的分析与比较-课件80共享内存

共享内存

81共享内存共享内存是被多个进程共享的一部分物理内存。共享内存是进程间共享数据的一种最快的方法，一个进程向共享内存区域写入了数据，共享这个内存区域的所有进程就可以立刻看到其中的内