操作系统之 IPC

IPC 概述

Inter-Process Communication 进程间通信

为什么要进程间通信？

进程之间不能随意的访问另一个进程的地址空间，但进程之间的确需要进行协作的时候，需要进行数据交互的时候，这个时候在确保进程的独立的同时，还需要进程与进程之间的通信。

通信模型

直接通信

进程与进程之间直接进行通信

• 进程必须正确的命令对方

  • send(P, message) - 发送消息到进程 P （需要知道对方的 pid）
  • receive(Q, message) - 从进程 Q 中接收消息（需要知道对方的 pid）

• 通信链路的属性

  • 自动建立链路
  • 一条链路恰好对应一对通信进程
  • 每对进程之间只有一个链接存在
  • 链接可以是单向的，但通常是双向的

  没有操作系统的支持很难建立链路

间接通信

将消息发送到操作系统指定好的共享区域

• 定向从消息队列接收消息
  • 每个消息队列都有一个唯一 ID
  • 只有它们共享了一个消息队列，进程才能够通信
• 通信链路的属性
  • 只有进程共享一个共同的消息队列，才能建立链路
  • 链接可以与许多进程相关联
  • 每队进程可以共享多个通信链路
  • 连接可以是单向或者双向

阻塞通信

如果发送消息没完成，就一直阻塞在那，如果完成了在去干其它的事情

非阻塞通信

发送消息后，不会阻塞在那，不管发送成功与否，都会迅速返回

缓冲

队列的消息可以以这 3 种方式：

• 0 容量

  发送发必须等待接收方，就像是阻塞通信

• 有量容量 n 的优先长度

  队列未满，发送方可以一直发，若队列满了则阻塞，直到队列中的消息被接收后，队列又空出来了才能发

• 无限容量

  发送方不需要等待，可以一直发送

信号

Signal 信号

• 软件中断通知事件处理
• Example: SIGFPE,SIGKILL.SIGUSER1,SIGSTOP,SIGCONT

接收到信号会发生什么？

1. Catch：编写对应信号值的处理函数，当接收到信号后调用相应的处理函数

2. Ignore: 依靠操作系统的默认操作（即程序不做处理）

   Example: Abort , memory dump , suspend or resume process

3. Mask: 闭塞信号因此不会传送

   可能是暂时的（当处理同样类型的信号）

不足

不能传输要交换的数据，只是起了通知的效果

管道

主要进行数据交换

父子进程间的进程交换

列子: ps -ef | grep "a"

竖线 ｜ 就是管道 将 ps 的输出 定向到了 grep 的输入 最终达到了从 ps 的输出当中在 grep 出 a 的过滤效果

此时 操作系统会创建 ps 和 grep 两个进程

然后将 ps 进程的 stdout(输出) 放到一个管道（内存中的一个 buff）里面，然后 grep 从管道中 stdin(输入)到 grep 进程

消息队列

也是进行数据交互，不需要是父子进程

消息队列按照 FIFO(先进先出)来管理消息

• message： 作为一个字节序列存储
• message Queues：消息数组

共享内存

进程

• 每个进程都有私有地址空间
• 在每个地址空间内，明确的设置共享内存段

优点

快速，方便的共享数据

不足

必须同步数据访问

实现

由操作系统将同一块物理内存映射到两个进程不同的虚拟内存，即可共享内存 %