进程间通信
sinye56 2024-11-24 21:28 11 浏览 0 评论
由于各个进程之间独享一块用户地址空间，一般而言这块独立的用户地址空间不能互相访问，所以进程之间想要通信必须通过内核空间（每个进程共享）。
进程间的通信方式主要有以下几种：
- 管道
- 消息队列
- 共享内存
- 信号量
- 信号
- Socket
消息队列
消息队列是保存在内核中的消息链表，用户可以自定义消息体的数据类型，发送方和接收方要约定好消息体的数据类型。当有进程从消息队列中读取了消息体时，内核就会删除消息。
消息队列如果没有主动释放或者关闭操作系统，都会一直存在。
消息队列不适合较大数据的传输，内核中每个消息体都有一个最大长度的限制，同时所有队列包含的消息体总长度也有上限。在Linux内核中，MSGMAX和MSGMNB分别定义了一条消息的最大长度和一个队列的最大长度，单位是字节。
消息队列通信过程中，存在用户态和内核态之间的数据拷贝，但消息队列解决了管道通信效率低下的问题。
共享内存
共享内存就是拿出一块虚拟地址空间，来映射到相同的物理内存中。一个进程写入的东西，另一个进程能立马看到，解决了消息队列数据拷贝的问题。
多个进程写入同一片内存区域，就会引发多进程竞争的问题，造成数据的混乱。
信号量
信号量是一个整型计数器，主要用于实现进程间的互斥同步，而不是用于缓存进程间通信的数据。信号量可以很好的保护共享内存区域，在任意时刻只能被一个进程访问。
信号量的原子操作
- P操作：信号量减1，如果信号量小于0，表示资源已被占用，进程需要阻塞等待，如果大于等于0，进程可以正常执行
- V操作：信号量加1，如果信号量小于等于0，表明有进程在阻塞，需要对进程进行唤醒，如果大于0，表明没有阻塞的进程
P操作和V操作必须成对存在，P是在进入共享资源之前，V是在离开共享资源以后。
信号量的种类分为：
- 互斥信号量
- 同步信号量
互斥信号量
互斥信号量通常将信号量设置为1，可以保证共享内存在任何时刻只有一个进程可以访问。
- 进程A在访问共享内存前，先执行P操作，信号量从1减去1变为0，进程可以正常执行
- 进程B此时需要访问共享内存，也执行P操作，信号量从0减去1变为-1，不可以正常执行，需要阻塞等待
- 进程A在执行完成以后，执行V操作，信号量从-1加1变为0，说明有阻塞等待的进程，于是会会唤醒阻塞中的进程B，使得进程B可以访问共享内存
- 进程B执行完成以后，执行V操作，信号量重新恢复为1
同步信号量
同步信号量需要将信号量设置为0，可以保证进程之间的执行顺序。
- 假设进程B先进行了P操作，信号量从0减1变为-1，进程B需要阻塞等待
- 进程B在某一时刻执行完成以后，进行V操作，信号量从-1加1变为0，说明有进程在阻塞，此时就会唤醒进程B
- 进程B被唤醒以后，进程A已经提前生成好了数据，因此可以正确的读取数据
通过同步信号量，保证了进程A的执行一定在进程B之前。
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