进程间通信

第3章　Linux进程间通信

一个大型的应用系统，往往需要众多进程相互协作，进程间通信(IPC，Interprocess Communication)的重要性就显而易见。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。而对Unix发展作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，形成了基于套接字（Socket）的进程间通信机制。Linux则把两者都继承下来。

Unix进程间通信包括：信号、管道、System V IPC。System V IPC又包括：消息队列、信号量、共享内存区；POSIX IPC包括：POSIX消息队列、POSIX信号量、POSIX共享内存区。

Linux支持多种通信机制，常用的有：信号(signal)、管道(pipe)以及与SYSTEM V兼容的消息队列(message queue)、信号量(semaphore)和共享内存(shared memory)。Linux还支持用于不同机器之间的进程间通信套接字（socket）。

（1）信号机制

信号是Unix系统中的最古老的进程间通信方式。它们用来向一个或多个进程发送异步事件信号。信号也是Linux最基本的进程通信机制，用于通知接收进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身。信号机制的一个主要特点是它的异步特性，这表现在进程在执行期间可随时接收到信号，甚至可能当进程正在执行系统调用时接收信号。

Linux除了支持Unix早期信号语义函数signal外，还支持语义符合POSIX.1标准的信号函数sigaction。实际上，该函数是基于BSD的，BSD为了实现可靠信号机制，又能够统一对外接口，用sigaction函数重新实现了signal函数。

（2）管道机制

管道是实现进程间大容量信息传送的机构。管道用于连接一个读进程和一个写进程，是实现二者之间通信的共享文件。管道可分为匿名管道（anonymous pipe）及有名管道（named pipe）。匿名管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，它实际是由固定大小的高速缓冲区构成。有名管道克服了管道没有名字的限制，是一个按名存取的文件，该文件可长期存在，任意进程都可按通常的文件存取方法存取有名管道。有名管道除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信。

（3）System V的进程通信机制

Linux支持三种SystemV进程通信机制：消息机制、信号量机制和共享内存机制。Linux对三种机制的实施大同小异，其中最快的一种形式是共享内存。

消息队列：消息队列是消息的链接表，包括POSIX消息队列和System V消息队列。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。

共享内存：使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其他通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。

信号量：主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。

（4）套接字（Socket）

套接字是更为一般的进程间通信机制，可用于不同机器之间的进程间通信。起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的，但现在一般可以移植到其他类Unix系统上。Linux和System V的变种都支持套接字。