进程间通信的方式及比较

进程间通信 就是在不同进程之间传播或交换信息，那么不同进程之间存在着什么双方都可以访问的介质呢？进程的用户空间是互相独立的，一般而言是不能互相访问的，唯一的例外是共享内存区。但是，系统空间 却是“ 公共场所” ，所以内核显然可以提供这样的条件。除此以外，那就是双方都可以访问的外设 了。在这个意义上，两个进程当然也可以通过磁盘上的普通文件 交换信息，或者通过“ 注册表 ” 或其它数据库中的某些表项和记录 交换信息。广义上这也是进程间通信的手段，但是一般都不把这算作“ 进程间通信” 。因为那些通信手段的效率太低了，而人们对进程间通信的要求是要有一定的实时性。

 

进程间通信主要包括管道, 系统IPC(包括消息队列,信号量,共享存储), SOCKET.

 

一． Linux 下进程间通信的几种主要手段简介：

1. 管道（ Pipe ）及有名管道（ named pipe ）： 管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，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；

管道包括三种 :1) 普通管道 PIPE,  通常有种限制 , 一是半双工 , 只能单向传输 ; 二是只能在父子进程间使用 . 2) 流管道 s_pipe:  去除了第一种限制 , 可以双向传输 . 3) 命名管道 :name_pipe,  去除了第二种限制 , 可以在许多并不相关的进程之间进行通讯 .

2. 信号（ Signal ）： 信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受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； Linux 除了支持 Unix 早期信号语义函数 sigal 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）；

3. 报文（ Message ）队列（消息队列）： 消息队列是消息的链接表，包括 Posix 消息队列 systemV 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。

4. 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。往往与其它通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。

5. 信号量（ semaphore ）： 主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。

6. 套接口（ Socket ）： 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它类 Unix 系统上： Linux 和 System V 的变种都支持套接字。

 

二．相关问题

FAQ1:  管道与文件描述符 , 文件指针的关系 ?

答 :  其实管道的使用方法与文件类似 , 都能使用 read,write,open 等普通 IO 函数 .  管道描述符类似于文件描述符 .  事实上 ,  管道使用的描述符 ,  文件指针和文件描述符最终都会转化成系统中 SOCKET 描述符 .  都受到系统内核中 SOCKET 描述符的限制 .  本质上 LINUX 内核源码中管道是通过空文件来实现 .

FAQ2:  管道的使用方法 ?

答 :  主要有下面几种方法 : 1)pipe,  创建一个管道 , 返回 2 个管道描述符 . 通常用于父子进程之间通讯 . 2)popen, pclose:  这种方式只返回一个管道描述符 , 常用于通信另一方是 stdin or stdout; 3)mkpipe:  命名管道 ,  在许多进程之间进行交互 .

FAQ3:  管道与系统 IPC 之间的优劣比较 ?

答 :  管道 :  优点是所有的 UNIX 实现都支持 ,  并且在最后一个访问管道的进程终止后 , 管道就被完全删除 ; 缺陷是管道只允许单向传输或者用于父子进程之间 .

  系统 IPC:  优点是功能强大 , 能在毫不相关进程之间进行通讯 ;  缺陷是关键字 KEY_T 使用了内核标识 , 占用了内核资源 , 而且只能被显式删除 , 而且不能使用 SOCKET 的一些机制 , 例如 select,epoll 等 .

FAQ4: WINDOS 进程间通信与 LINUX 进程间通信的关系 ?

答 :  事实上 ,WINDOS 的进程通信大部分移植于 UNIX, WINDOS 的剪贴板 , 文件映射等都可从 UNIX 进程通信的共享存储中找到影子 .

FAQ5:  进程间通信与线程间通信之间的关系 ?

答 :  因为 WINDOWS 运行的实体是线程 ,  狭义上的进程间通信其实是指分属于不同进程的线程之间的通讯 . 而单个进程之间的线程同步问题可归并为一种特殊的进程通信 . 它要用到内核支持的系统调用来保持线程之间同步 .  通常用到的一些线程同步方法包括 :Event, Mutex,  信号量Semaphore ,  临界区资源等 .

 

三．进程间通信各种方式效率比较

类型	无连接	可靠	流控制	记录	消息类型优先级
普通 PIPE	N	Y	Y		N
流 PIPE	N	Y	Y		N
命名 PIPE(FIFO)	N	Y	Y		N
消息队列	N	Y	Y		Y
信号量	N	Y	Y		Y
共享存储	N	Y	Y		Y
UNIX 流 SOCKET	N	Y	Y		N
UNIX 数据包 SOCKET	Y	Y	N		N

注 : 无连接 :  指无需调用某种形式的 OPEN, 就有发送消息的能力

流控制 :  如果系统资源短缺或者不能接收更多消息 , 则发送进程能进行流量控制

 

 

 

参考：

1.window进程间通信方式

http://www.cnblogs.com/hummersofdie/archive/2010/09/01/1814651.html

 

2.linux进程间通信

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/part1/