weidagang2046的專欄

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          理解Linux進程間通信(IPC)

          Linux下的進程通信手段基本上是從Unix平臺上的進程通信手段繼承而來的。

              Linux下的進程通信手段基本上是從Unix平臺上的進程通信手段繼承而來的。而對Unix發展做出重大貢獻的兩大主力AT&T的貝爾實驗室及BSD(加州大學伯克利分校的伯克利軟件發布中心)在進程間通信方面的側重點有所不同。前者對Unix早期的進程間通信手段進行了系統的改進和擴充,形成了“system V IPC”,通信進程局限在單個計算機內;后者則跳過了該限制,形成了基于套接口(socket)的進程間通信機制。Linux則把兩者繼承了下來,如圖示:

              其中,最初Unix IPC包括:管道、FIFO、信號;System V IPC包括:System V消息隊列、System V信號燈、System V共享內存區;Posix IPC包括:

              Posix消息隊列、Posix信號燈、Posix共享內存區。有兩點需要簡單說明一下:1)由于Unix版本的多樣性,電子電氣工程協會(IEEE)開發了一個獨立的Unix標準,這個新的ANSI Unix標準被稱為計算機環境的可移植性操作系統界面(PSOIX)。現有大部分Unix和流行版本都是遵循POSIX標準的,而Linux從一開始就遵循POSIX標準;2)BSD并不是沒有涉足單機內的進程間通信(socket本身就可以用于單機內的進程間通信)。事實上,很多Unix版本的單機IPC留有BSD的痕跡,如4.4BSD支持的匿名內存映射、4.3+BSD對可靠信號語義的實現等等。

              圖一給出了Linux所支持的各種IPC手段,在本文接下來的討論中,為了避免概念上的混淆,在盡可能少提及Unix的各個版本的情況下,所有問題的討論最終都會歸結到Linux環境下的進程間通信上來。并且,對于Linux所支持通信手段的不同實現版本(如對于共享內存來說,有Posix共享內存區以及System V共享內存區兩個實現版本),將主要介紹Posix API。

              Linux下進程間通信的幾種主要手段簡介:

              1.管道(Pipe)及有名管道(named pipe):管道可用于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,用于通知接受進程有某種事件發生,除了用于進程間通信外,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,該函數是基于BSD的,BSD為了實現可靠信號機制,又能夠統一對外接口,用sigaction函數重新實現了signal函數);

              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systemV消息隊列。有足夠權限的進程可以向隊列中添加消息,被賦予讀權限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字節流以及緩沖區大小受限等缺點。

              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。

              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。

              套接口(Socket):更為一般的進程間通信機制,可用于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。

              下面將對上述通信機制做具體闡述。

              附1:參考文獻[2]中對Linux環境下的進程進行了概括說明:

              一般來說,Linux下的進程包含以下幾個關鍵要素:

              1.有一段可執行程序;
              2.有專用的系統堆棧空間;
              3.內核中有它的控制塊(進程控制塊),描述進程所占用的資源,這樣,進程才能接受內核的調度;
              4.具有獨立的存儲空間
              5.進程和線程有時候并不完全區分,而往往根據上下文理解其含義。
              參考文獻:

              1.UNIX環境高級編程,作者:W.Richard Stevens,譯者:尤晉元等,機械工業出版社。具有豐富的編程實例,以及關鍵函數伴隨Unix的發展歷程。 Linux內核源代碼情景分析(上、下),毛德操、胡希明著,浙江大學出版社,提供了對Linux內核非常好的分析,同時,對一些關鍵概念的背景進行了詳細的說明。

              2.UNIX網絡編程第二卷:進程間通信,作者:W.Richard Stevens,譯者:楊繼張,清華大學出版社。一本比較全面闡述Unix環境下進程間通信的書(沒有信號和套接口,套接口在第一卷中)。

          轉自:http://www.e800.com.cn/articles/513/1112335933805.html

          posted on 2005-08-04 12:53 weidagang2046 閱讀(280) 評論(0)  編輯  收藏 所屬分類: Linux

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