【操作系统笔记十一】进程间通信

news2024/12/28 20:20:01

Linux文件系统

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

inode 节点 （index node）：给每个文件赋予一个称为 i 节点的数据结构。

inode 一开始是存储在硬盘中的，只有当文件被打开的时候，其对应的 i 节点才加载到内存中。

在这里插入图片描述

总结：

  • Linux 中，用户态通过读写文件的 Api 进行系统调用，在内核态中，上层是虚拟文件操作系统 VFS，它为用户态提供统一接口，屏蔽底层实现细节，VFS 层定义了底层具体的文件系统需要实现的接口，VFS 层往下对接不同的具体的文件系统如 ext4，具体的文件系统再去操作磁盘的文件块信息

  • Linux 中每个文件对应一个称为 iNode 的数据结构，inode中包含了文件的元数据以及若干的块地址信息，inode一开始存储在磁盘中，当文件被打开时，inode节点会被加载到内存当中

  • 每个进程的task_struct中包含files_struct结构体，files_struct中又包含一个fd数组fd_array，fd_array中则包含对应文件的文件操作符file，file文件操作符是通过inode去读写文件的，inode中定义了inode_options，而具体的底层文件系统则实现了inode_options中定义的对应读写接口的具体方法

管道

在这里插入图片描述

Linux 进程间通信方式：管道、共享内存、信号量、消息队列

① 匿名管道

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

② 命名管道

在这里插入图片描述

管道的实现

一个文件可以同时被多个进程访问

在这里插入图片描述

所以，我们可以使用文件来实现进程间的通信，管道就是基于文件系统来实现的。

实现进程和其子进程之间的管道通信

在这里插入图片描述

父进程在复制子进程时，会把父进程的相关信息全部拷贝过来，其中就包括file_struct结构体，而这个结构体中就包含了文件读写inode的两个文件描述符，一个 file_0 只读， 一个 file_1 只写，由于是复制的，所以父子进程的这俩文件描述符是指向的同一个文件的inode。

在这里插入图片描述

此时把父进程的 file_0 只读文件描述符 close 掉，把子进程的 file_1 只写文件描述符 close 掉，父进程只保留只写文件描述符，子进程只保留只读文件描述符，这样父进程就可以和子进程通信了（父进程只写，子进程只读，半双工）。

匿名管道的实现

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

匿名管道底层实现：

在这里插入图片描述

匿名管道通过虚拟文件系统 VFS 调用底层的 pipefs 内存文件系统，也就是说底层实现是基于 pipefs 文件系统的。

pipefs 文件系统的数据结构：https://www.processon.com/view/link/62822757e401fd36f6bcc5dd

管道在内存中的实现本质就是一段内核 buffer 内存，不同的文件操作符（一个读一个写）对这段 buffer 进行读写操作。

关于 ps -ef | grep systemd 命令背后的匿名管道的底层实现数据结构：

在这里插入图片描述

命名管道底层实现流程图：

在这里插入图片描述

总结

  • 管道是基于文件系统来实现的，也就是多个进程对同一个文件进行读写来实现进程间通信

  • 进程和子进程之间的管道通信：父进程在fork子进程时，会把父进程相关信息全部拷贝过来，其中包括file_struct结构体，file_struct中包含了文件读写inode的两个文件描述符，一个file_0只读，一个file_1只写，由于是复制的，所以父子文件的这俩文件描述符是指向同一个文件的inode, 此时把父进程的file_0只读 fd 关闭掉，然后再把子进程的file_1只写 fd 关闭掉，父进程只保留只写 fd ，子进程只保留只读 fd ，这样父进程就可以和子进程进行通信了（父进程写，子进程读）。

  • 匿名管道的虚拟文件系统 VFS 对应的底层文件系统实现是基于 pipefs 内存文件系统

  • 管道在内存中的实现本质就是一段内核 buffer 内存，不同的文件操作符（一个读一个写）对这段 buffer 进行读写操作。

  • 用户态：read/write → 内核态 VFS：task_struct→ files_struct → fd_array → fds[0] fds[1] → file0 file1 → file_opts → inode → pipe_inode_info → pipe_bufs

共享内存 （shared memory）

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

创建共享内存

shmget - allocates a System V shared memory segment

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h> 
// 返回根据 key 生成的 shmid
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

参数含义：

  • key：唯一标识新创建的共享内存

  • size：共享内存的大小，向上取整成PAGE_SIZE的倍数

  • shmflg：一些标志信息

    IPC_CREAT：根据 key 判断对应的共享内存段是否存在，如果不存在，则创建；如果存在，则返回已经存在的共享内存段

    IPC_EXCL： 和 IPC_CREAT 一起用，如果已经存在 key 对应的共享内存 则失败

    读写权限信息

映射共享内存

  • shmat — 映射共享内存到进程的虚拟地址空间，返回映射的虚拟内存段的起始地址
  • shmdt — 解除映射，如果成功返回 0，否则返回 -1
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>

void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg); 
int shmdt(const void *shmaddr);

参数含义：

  • shmid：共享内存的唯一标识 id，即填入由 shmget 函数返回的值
  • shaddr: 内存映射起始地址，如果是NULL的话，内核会分配
  • shaflg：是一组标志位，通常为0。

注意：创建和映射共享内存操作只是在内核中维护一些数据结构，并没有真的分配物理内存。真正分配物理内存是在访问这块虚拟内存地址中的数据发生缺页异常时，由缺页异常处理程序维护进程页表中的虚拟页号和物理页号的映射关系的。

在这里插入图片描述

这里进程 A 和进程 B 访问的是同一块物理内存上的相同的物理页。

参考代码：

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

共享内存的底层原理是基于 tmpfs 文件系统：https://www.processon.com/view/link/6277c3921e085327716f5971

总结

  • 共享内存的原理：不同进程的虚拟内存地址会映射到相同的物理内存上，这样两个进程通过访问同一块物理内存，达到通信的目的。(一般情况下，不同进程的虚拟地址是映射到不同物理地址的)

  • 在创建共享内存时并没有真的分配物理内存，真的分配是进程在读、写数据的时候，发生缺页异常，由缺页异常处理程序分配共享内存（物理内存）的页号到进程的虚拟页表中

  • 共享内存的底层原理是基于 tmpfs 文件系统， Linux中一切皆文件

问题：mmap 内存映射和 shm 共享内存有什么区别？

  • Linux 中的内存映射是指将一块虚拟地址内存空间和一个文件对象关联起来，以初始化这块虚拟内存的内容，文件对象可以是一个普通磁盘文件，也可以是一个匿名文件（一块只包含二进制零的物理内存）
  • mmap 内存映射时，被映射的对象可以是一个磁盘文件，也可以是一个请求二进制零的匿名对象。如果是前者，在发生缺页异常时，缺页异常处理程序除了需要维护页表外，还需要将磁盘文件内容加载到物理内存中；如果是后者，则就相当于将一块物理内存和虚拟内存进行映射。
  • shm 共享内存映射是直接每个进程将虚拟内存映射到同一块物理内存，不涉及到磁盘文件。shm 保存在物理内存，这样读写的速度要比磁盘要快，但是存储量不是特别大。
  • 所以可以简单的认为 mmap 主要是用于映射磁盘文件的，而 shm 是直接用于映射物理内存的
  • mmap 有一个好处是，把文件保存在磁盘上，当设备机器重启时，这个文件还保存了操作系统同步的映像，所以 mmap 不会丢失，但是 shm 就会丢失。

信号量

在一个进程内，多个线程同时更新共享资源，有数据并发安全问题，解决方案有：

  • ① 原子操作
  • ② 锁机制 - 管程
  • ③ 信号量

多个进程同时更新共享内存（共享资源），也有数据安全问题，解决方案：信号量

IPC 的信号量 (semaphore)

原理思想和并发编程中的信号量是一样的，但是两者的实现完全不同：

  • IPC 的信号量实现很复杂，是在内核态中实现的，而并发编程中的信号量是在用户态实现，基于原子操作实现

  • IPC 的信号量是操作系统层面用于解决多个进程之间的共享内存并发读写问题，并发编程中的信号量用于解决同一个进程的多个线程之间的共享资源读写问题

一个是在内核态实现的，一个是应用程序代码中实现的。

在这里插入图片描述

参考代码：

在这里插入图片描述

消息队列

创建消息队列：msgget - get a System V message queue identifier

#include <sys/types.h> 
#include <sys/ipc.h> 
#include <sys/msg.h>

int msgget(key_t key, int msgflg); // 函数返回返回新创建的消息队列的 id

参数含义：

  • key：唯一标识新创建的消息队列

  • msgflg：一些标志信息

    IPC_CREAT：根据 key 判断对应的共享内存段是否存在，如果不存在，则创建；如果存在，则返回已经存在的共享内存段

    IPC_EXCL：和 IPC_CREAT 一起用，如果已经存在 key 对应的共享内存，则失败

    读写权限信息

发送和接收消息：msgsnd, msgrcv - System V message queue operations

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg); // 返回值：成功返回0；失败返回-1
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtype, int msgflg); // 成功返回接收个数，失败，返回-1
  • msqid: 由msgget函数返回的消息队列的标识符
  • msgp: 消息缓冲区指针，指针指向准备发送/接收的消息
  • msgflg: 为0表示阻塞方式，设置IPC_NOWAIT表示非阻塞方式异步接发消息
  • msgsz: 是msgp指向的消息长度，这个长度不含保存消息类型的那个long int长整型
  • msgtype:
    等于0，那么读取消息队列中的第一条消息
    大于0，那么读取消息队列中的第 msgtype 条消息（这里是读取类型等于msgtype的第一条消）
    小于0，那么读取小于等于msgtype绝对值最小的 msgtype 的消息

参考代码：

int main() {
    int mq_id = get_mq_id(); 
    struct msg_buffer buffer;

    printf("enter message type: "); 
    scanf("%d", &buffer.mtype);
    printf("enter message contenit:");
    scanf("%s", &buffer.mtext);

    int len = strlen(buffer.mtext) + 1;

    if (msgsnd(mq_id, &buffer, len, IPC_NOWAIT) == -1) { 
        perror("fail to send message.");
        exit(1); 
    }

    return 0; 
}

#include <string.h>
#include "mq.h" 

int main() {
    int mq_id = get_mq_id(); 
    struct msg_buffer buffer; 
    int type;

    scanf("%d", &type);

    if (msgrcv(mq_id, &buffer, 1024, type, IPC_NOWAIT) == -1) { 
        perror("fail to recv message.");
        exit(1); 
    }

    printf("received message type : %d, text: %s, \n", buffer.mtype, buffer.mtext); 
    return 0;
}

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.coloradmin.cn/o/1038586.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

相关文章

Linux的socket通信

Linux的socket通信

关于套接字通信定义如下&#xff1a; 套接字对应程序猿来说就是一套网络通信的接口&#xff0c;使用这套接口就可以完成网络通信。网络通信的主体主要分为两部分&#xff1a;客户端和服务器端。在客户端和服务器通信的时候需要频繁提到三个概念&#xff1a;IP、端口、通信数据&…
阅读更多...
SAP FI FS10N排除特定凭证类型

SAP FI FS10N排除特定凭证类型

财务要求 需要把CO类型的凭证去掉&#xff0c;经过调试发现 筛选条件在GT_selection 在这个函数里面做个增强试试 *----------------------------------------------------------------------* ***INCLUDE FAGL_FILL_GT_SELECTIONS . *------------------------------------…
阅读更多...
全流程ARCGIS Pro技术应用教程

全流程ARCGIS Pro技术应用教程

详情点击公众号链接&#xff1a;全流程ARCGIS Pro技术应用教程 前沿 GIS是利用电子计算机及其外部设备&#xff0c;采集、存储、分析和描述整个或部分地球表面与空间信息系统。简单地讲&#xff0c;它是在一定的地域内&#xff0c;将地理空间信息和 一些与该地域地理信息相关…
阅读更多...
shap-Basic SHAP Interaction Value Example in XGBoost

shap-Basic SHAP Interaction Value Example in XGBoost

Basic SHAP Interaction Value Example in XGBoost XGBoost中的基本SHAP交互值示例解释没有交互的线性函数SHAP交互值用一次交互解释线性模型SHAP交互值 用到的环境是python3.7&#xff08;基于上一篇文章的环境&#xff09;&#xff0c;然后再装了xgboost和shap&#xff0c;没…
阅读更多...
GIT 提交过滤非必要文件

GIT 提交过滤非必要文件

1、git ls-files&#xff1a;该命令会列出Git仓库中管理的所有文件 2、git rm -r -f --cached . -f 是强制删除 最后的点 是删除所有 git rm -r --cached . 3、 进入Preferences->plugins 中下载一个(.ignore)插件　　在项目本地new一个(.gitignore)的文件新增需要过滤文…
阅读更多...
最全跨境独立站建站详细步骤解析

最全跨境独立站建站详细步骤解析

对于跨境电商卖家来说&#xff0c;无论是规避“鸡蛋放在同一个篮子里”的风险&#xff0c;还是追求更多的销售额和利润&#xff0c;多平台、多站点的布局都是其至关重要的战略。加之市场的变化带来了新的发展机遇&#xff0c;这也使得如今很多出海企业都在抢占独立站新风口。然…
阅读更多...
四、线性支持向量机算法(LinearSVC，Linear Support Vector Classification)（有监督学习）

四、线性支持向量机算法(LinearSVC，Linear Support Vector Classification)（有监督学习）

线性支持向量机&#xff0c;Linear Support Vector Classification. 与参数内核为线性的SVC类似(SVC(kernel‘linear’))&#xff0c;但使用liblinear而非libsvm实现&#xff0c;因此在选择惩罚和损失函数时更具灵活性&#xff0c;并能更好地扩展到大量样本 SVC(kernel’linea…
阅读更多...
【沐风老师】3DMAX路径拖尾光线刀光效果插件GhostTrails教程

【沐风老师】3DMAX路径拖尾光线刀光效果插件GhostTrails教程

3DMAX路径拖尾光线刀光效果插件GhostTrails&#xff0c;是3dsmax的动画挤出修改器。它非常适合风格化的运动模糊效果、轮胎轨迹、Tron光循环和许多其他用途。 【适用版本】 3dMax2010 - 2024 【安装方法】 1.将对应版本的GhostTrails 插件复制到 3dmax 插件目录&#xff08;如…
阅读更多...
原创动画《优弧，你小子！》

原创动画《优弧，你小子！》

&#x1f4a5; 背景 体验效果直接翻到第三章&#xff1a;成果体验 先来介绍一下优弧&#xff1a;掘金平台管理员丨首席客服君丨运营负责人 &#x1f468;‍✈️ 现在优弧到底是妹子还是汉子仍是一个未解之谜&#xff0c;网上众说纷纭。他说&#xff1a;优弧是个200来斤的胖子&a…
阅读更多...
AIGC赋能甄知燕千云员工AI助手，升级企业智创之旅

AIGC赋能甄知燕千云员工AI助手，升级企业智创之旅

燕千云数智化业务服务平台发布了1.24.0版本&#xff0c;此次版本升级了燕千云智能工单&#xff0c;增加了一键外呼功能&#xff0c;并且优化了在线客服接入了失败通知&#xff0c;满足不同的用户需求&#xff0c;此次还升级了智能助理&#xff0c;知识中心等功能&#xff0c;满…
阅读更多...
[计算机入门] Windows附件程序介绍(影音类)

[计算机入门] Windows附件程序介绍(影音类)

3.12 附件程序介绍(影音类) 3.12.1 附件程序介绍 附件程序是在安装完Windows系统后&#xff0c;系统自带的一些非常常用且重要的软件程序。可以通过下面的方式搜索并打开附件程序(以打开画图程序为例)&#xff1a; 1、点击左下角windows菜单&#xff1a; 2、直接输入要打开…
阅读更多...
基于 SpringBoot+Vue的电影影城管理系统，附源码，数据库

基于 SpringBoot+Vue的电影影城管理系统，附源码，数据库

文章目录 第一章 简介第二章 技术栈第三章 功能分析第四章 系统设计第5章 系统详细设计六 源码咨询 第一章 简介 本影城管理系统&#xff0c;是基于 Java SpringBoot 开发的。主要包括二大功能模块&#xff0c;即用户功能模块和管理员功能模块。 &#xff08;1&#xff09;管…
阅读更多...
在win系统安装部署svn服务及客户端使用

在win系统安装部署svn服务及客户端使用

1. 安装svn服务端 1.1. 下载svn服务端 进入SVN服务端官网&#xff0c;并下载&#xff1a; 1.2. 下载后双击即可安装&#xff0c;选择下一步 1.3. 同意许可&#xff0c;选择下一步 1.4. 选择安装SVN的组件&#xff0c;默认&#xff0c;下一步 1.5. 设置安装路径、仓库路径、…
阅读更多...
Python爬虫实战：用简单四步爬取小红书图片

Python爬虫实战：用简单四步爬取小红书图片

小红书是一个热门的社交分享平台&#xff0c;汇聚了大量精美的图片。如果您希望保存或使用这些图片&#xff0c;本文将为您详细介绍如何使用Python爬虫轻松爬取小红书图片。 一、安装必要的库 在开始之前&#xff0c;确保您已经安装了以下Python库&#xff1a; requests&#…
阅读更多...
http的get与post

http的get与post

get方法&#xff1a; 这个网址可以获取配置信息&#xff08;我把部分位置字符改了&#xff0c;现在打不开了&#xff0c;不然会被追责&#xff09; http://softapi.s103.cn/addons/Kmdsoft/Index/config?productwxdk&partner_id111122&osWindows&os_version11&am…
阅读更多...
Nginx之QPS限制模块解读

Nginx之QPS限制模块解读

目录 基本介绍 模块配置具体解读 limit_req_zone limit_req 原理&#xff1a;漏桶算法 基本介绍 NGINX通过limit_req_zone和limit_req两条指令来实现速率限制。指令limit_req_zone定义了限速的参数&#xff0c;指令limit_req在所在的location使能定义的速率。 QPS即每秒…
阅读更多...
ChatGPT AIGC 非常实用的AI工具集合大全

ChatGPT AIGC 非常实用的AI工具集合大全

实战AI 工具箱 AIGC ChatGPT 职场案例60集， Power BI 商业智能 68集， 数据库Mysql8.0 54集 数据库Oracle21C 142集， Office， Python ，ETL Excel 2021 实操，函数，图表，大屏可视化 案例实战 http://t.csdn.cn/zBytu
阅读更多...
工厂进销存软件怎么选？

工厂进销存软件怎么选？

本文将为大家讲解&#xff1a;工厂进销存软件怎么选&#xff1f; 工厂的进销存管理对于生产和供应链的顺畅运作至关重要。为了更好地管理库存、优化生产和确保及时交货&#xff0c;工厂需要选择一款合适的进销存软件。本文将介绍工厂应该考虑的关键因素&#xff0c;以帮助他们…
阅读更多...
统一系统脆弱性管理平台：让“网络安全漏洞”无处遁形

统一系统脆弱性管理平台：让“网络安全漏洞”无处遁形

网络安全漏洞是网络节点的系统软件或应用软件在逻辑设计上的缺陷&#xff0c;漏洞是在硬件、软件、协议的具体实现或系统安全策略上存在的缺陷&#xff0c;从而可以使网络攻击者能够在未授权的情况下访问或破坏系统。 网络安全漏洞被利用了&#xff0c;危害极大。正是因为如此&…
阅读更多...
华为云云耀云服务器L实例评测 | Docker 部署 Reids容器

华为云云耀云服务器L实例评测 | Docker 部署 Reids容器

文章目录 一、使用Docker部署的好处二、Docker 与 Kubernetes 对比三、云耀云服务器L实例 Docker 部署 Redis四、可视化工具连接Redis⛵小结 一、使用Docker部署的好处 Docker的好处在于&#xff1a;在不同实例上运行相同的容器 Docker的五大优点&#xff1a; 持续部署与测试…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023