进程间通信(process communication IPC)

管道(piepline)

内核管理的缓冲区,形象的理解管道两端连接着两个进程 ,一个读取一个写入。linux系统中将管道视为文件

匿名管道( pipeline )

有亲缘关系的进程才可以使用,父子进程,兄弟进程。以字节流形式传输,需要约定好数据格式,缓存区为空或写满时会阻塞。shell终端 | 管道符号就是匿名管道,示例如下:

ls | wc

命名管道FIFO(first in first out)

与匿名管道的区别,命名管道与系统中一个路径名关联,以文件的形式存在于文件系统中,进程可以通过FIFO路径名访问FIFO文件,实现进程间数据传输。遵循先进先出原则,缓存区为空或写满时会阻塞。

使用demo,待完善

php 命名管道函数 posix_mkfifo()

注意要和管道设计范式区分

How fast are Linux pipes anyway?

SystemV IPC

每个内核的IPC结构(消息队列,信号量,共享内存)都用一个非负整数的标识符加以引用。

php的扩展 Semaphore函数 命名和c语言及系统函数命名基本一致。

消息队列(sysvmsg)

消息队列的实质是一个存放消息的链表,由内核维护。每个消息视为一条记录,消息包括一个长整形的类型字段和需要传递数据。由消息队列标识符标识,有读写权限的进程可以从队列读取消息,写入消息到队列。通过key来找到对应消息队列。

如何使用?注意事项。使用demo,待完善

信号量(semaphore)

多进程之间可能因为进程合作和资源共享而产生制约关系。

直接相互制约关系

两个进程通过管道通信,管道为空时,读进程无法从管道读取数据,进入阻塞;管道满时,写进程无法向管道写入数据,进入阻塞。类似这种需要进程间合作导致的制约关系称为直接相互制约。进程间有同步关系

间接相互制约关系

假设当前系统中只有一台打印机,当A进程占用打印机时,进程B也申请使用打印机。进程B就会进入阻塞,等待打印机释放。其它进程同理。类似这种因资源共享导致的制约关系称为间接相互制约关系。进程间有互斥关系

临界资源

同步和互斥存在的根源是系统中存在临界资源(硬件资源:内存,打印机,硬盘;软件:共享代码段,变量等)。为了避免多进程的并发执行造成的不一致性,临界资源在同一时刻只允许有限个进程对其进行访问或修改。

信号量,是专门用户解决进程间同步与互斥问题的一种通信机制,它与信号无关,也不同于管道,FIFO以及消息队列 ,一般不用于传输数据,包含一个变量(表示资源数量,类型为非负整型),修改信号量的原子操作P和V,该信号量下等待资源进程的队列。

使用步骤

1.创建信号量/集,或者获取系统中已有的信号量/集。

2.初始化信号量/集。

3.信号量的P,V操作根据请求修改信号量数量,P操作使信号量-1,V操作使信号量+1.

4.从系统中删除不需要的信号量。

如何使用?注意事项。使用demo,待完善

共享内存(Shared memory)

允许多个进程访问给定的同一块存储区域。一般情况下,每个进程的虚拟地址空间会与不同的物理地址进行映射(参考上文页表指针)。当使用共享内存进行通信时,系统会将同一段物理内存映射给不同的进程,映射关系示意图如下。

映射关系

系统中的物理内存和虚拟内存都通过页面(页表)来管理,为多个进程分配共享内存实际是为进程分配一个或多个物理页面。因此共享内存的大小必须是系统中页面大小的整数倍。

进程使用共享内存时,先将虚拟内存空间与共享内存进行映射,映射完成后,进程对虚拟地址的读写,就相当于直接对物理内存读写。通信完成后需要释放物理内存解除进程与共享内存的映射关系。

共享内存,因为是进程直接读写物理内存,了不同进程间多次读写的时间。共享内存本身不限制读写次序,但是开发人员应该自觉遵循读写规则,在写进程操作尚未完成时,不应该有进程从共享内存中读取数据。通常,共享内存和信号量一起使用,由信号量帮它实现读写操作的同步。