进程间通信 IPC
- 进程间通信的原理,借助进程之间使用同一个内核,借助内核,传递数据。
进程间通信的方法
- 管道:最简单。
- 信号:开销小。
- mmap映射:速度最快,非血缘关系之间。
- socket(本地套间字):稳定性好。
管道 pipe
-
实现原理:借助 Linux 内核使用环形队列机制,借助缓冲区(4k)实现。
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特质:
- 本质:伪文件(实为内核缓冲区)
- 用于进程间通信,由两个 fd 引用,一个读端,一个写端。
- 规定数据从管道写端流入,读端流出。
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局限性:
- 自己写,不能自己读。
- 管道中的数据,不能反复读取。
- 半双工通信(对讲机)。
- 必须应用于血缘关系间。
使用的函数
函数调用成功自动创建匿名管道,返回两个文件描述符,无需open,但需要手动close
int pipe(int pipefd[2]);
参:
fd[0]:
fd[1]:
返回值:
成功:0
失败:-1,errno
- 父子进程管道通信
管道的读写行为
- 读管道:
- 管道有数据,read返回实际读到的字节数。
- 管道有数据
- 无写端,read返回 0 (类似读到文件末尾)
- 有写端,阻塞等待。
- 有写端:
- 无读端,异常终止。(SIGPIPE 信号)
- 有读端
- 管道已满,阻塞
- 未满,返回实际写出的字节数。
管道的优劣
- 优点:简单
- 缺点:
- 只能单向通信,实现双向通信需要两个管道。
- 只能应用与父子兄弟(有公共祖先)进程间通信,无血缘关系进程间可以用 fifo 替代。
命名管道 FIFO
- 命名创建:mkfifo 管道名。
- 函数创建
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
- 可以用于任意关系间通信。
- 管道中的数据一次性读取。
- 读端:以O_RDONLY 打开 fifo 通道。
- 写端:以 O_WRONLY/RDWR 打开同一个管道。
mmap
文件进程间通信
- 有血缘关系、无血缘关系的进程,都可以使用同一个文件来实现进程间通信。
建立映射
#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
参数:
addr:指定映射区的首地址。通常传 NULL,表示让系统自动分配
length:共享内存映射区大小(<= 文件实际大小)。
prot:共享内存映射区的读写属性。PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_READ|PROT_WRITE
flag:标注共享内存映射区的共享属性
MAP_SHARED:对共享内存所作的修改,会反映到物理磁盘上,IPC 专用。
MAP_PRIVATE:对共享内存做的修改,不会反映到磁盘上。
fd:用来创建共享内存映射区的哪个文件的文件描述符。
offset:默认0,表示映射文件全部偏移位置,必须是 4k 整数倍。
返回值:
成功:映射区的首地址。
失败:MAP_FAILED(void* (-1)),errno
- munmap 释放共享内存映射
int munmap(void *addr, size_t length);
参1:mmap()返回值。
参2:共享内存映射区大小
返回值:
成功:0
失败:-1,errno
mmap使用的注意事项
- 用于创建映射区的文件的大小必须是非 0。映射区的大小 <= 文件大小。
- 创建映射区,需要 read 权限。指定访问权限为 MAP_SHARED,mmap需要读写权限。应该 <= 文件权限。
- 文件描述符 fd,在 mmap 创建映射区完成,可以立即关闭,后续访问文件使用内存地址。
- offset 必须是 4096 的整数倍(MMU 映射的最小单位 4k)。
- 映射区访问的权限设为私有,对内存做的所有修改都只在内存有效,不反映在磁盘上。
mmap 函数保险调用方式
- fd = open(“filename”, O_RDWR)
- mmap(NULL, size of valid file, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0)
进程间通信
父子间通信
- 父进程先创建映射区。open(O_RDWR); mmap(MAP_SHARED);
- fork() 创建子进程。
- 一个进程使用映射区读,另一个进程写。
无血缘关系进程间通信
- 两个进程打开同一个文件,创建映射区。
- 指定 flags 为 MAP_SHARED。
- 一个进程使用映射区读,另一个进程写。
mmap 特性
- fifo、mmap 都可以应用于非血缘关系间通信。
- mmap:数据可以重复读写。
- fifo:数据只能一次性读写。
- 直接操作内存,执行速度快
匿名映射
- 只能应用于有血缘关系的进程间通信。
- /dev/null:黑洞文件,无限向该文件写入数据。
- /dev/zero:无限向该文件读取数据,读到的都是 0。
- MAP_ANON 只在 Linux 中有效,系统中没有该选项,可以借助 /dev/zero 实现。