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进程通信的几种方式及区别,进程与线程的通信方式

时间:2023-05-06 05:02:21 阅读:189181 作者:4233

此篇文章讲解比较多,面试记住原理特点应该差不多了 

进程和线程的区别

进程

进程是资源分配的基本单位。

进程控制块 (Process Control Block, PCB) 描述进程的基本信息和运行状态,所谓的创建进程和撤销进程,都是指对 PCB 的操作。

下图显示了 4 个程序创建了 4 个进程,这 4 个进程可以并发地执行。

 

线程

线程是独立调度的基本单位。

一个进程中可以有多个线程,它们共享进程资源。

QQ 和浏览器是两个进程,浏览器进程里面有很多线程,例如 HTTP 请求线程、事件响应线程、渲染线程等等,线程的并发执行使得在浏览器中点击一个新链接从而发起 HTTP 请求时,浏览器还可以响应用户的其它事件。

进程间的通信方式,怎么选择比较好

IPC的方式通常有管道(包括无名管道和命名管道)、消息队列信号量共享存储SocketStreams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。

管道:

通常指无名管道,是UNIX系统IPC(进程间通讯)最古老的形式

特点:

1,他是半双工的(即数据只能在一个方向上移动),具有固定的写端和读端.

2,他只能用于具有亲缘关系的进程之间通信(即只能在父子进程和兄弟进城之间通讯)

3,他可以看成是一种特殊的文件,对于他的读写也可以使用普通的read,write函数.但是他不是普通的文件,并不属于其他任何文件系统,只存在于内存之中.

相关原型代码:

1 #include <unistd.h>2 int pipe(int fd[2]); // 返回值:若成功返回0,失败返回-1

当一个管道建立时,就会创建两个文件描述符:fd[0] 为读而打开  fd[1] 为写而打开,关闭管道只需要将两个文件描述符关闭即可

单个进程中的管道几乎没有任何用处。所以,通常调用 pipe 的进程接着调用 fork,这样就创建了父进程与子进程之间的 IPC 通道。如下图所示:

若要数据流从父进程流向子进程,则关闭父进程的读端(fd[0])与子进程的写端(fd[1]);反之,则可以使数据流从子进程流向父进程。

FIFO:

也称为命名管道,是一种文件类型.

特点:

1,FIFO可以在无关的进程之间交换数据,与无名管道不同.

2,FIFO有路径名与之相关联,他以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中.

相关代码:

1 #include <sys/stat.h>2 // 返回值:成功返回0,出错返回-13 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

其中的 mode 参数与open函数中的 mode 相同。一旦创建了一个 FIFO,就可以用一般的文件I/O函数操作它。

当 open 一个FIFO时,是否设置非阻塞标志(O_NONBLOCK)的区别:

若没有指定O_NONBLOCK(默认),只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO。类似的,只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它。

若指定了O_NONBLOCK,则只读 open 立即返回。而只写 open 将出错返回 -1 如果没有进程已经为读而打开该 FIFO,其errno置ENXIO。
消息队列:

是消息的链接表,存放在内核中.一个消息队列由一个标识符(即队列ID)来标识.

特点:

1,消息队列是面向记录的,其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级.

2,消息队列独立于发送与接收进程.进程终止时,消息队列及其内容并不会被删除.

3,消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定按照先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取

相关代码:

1 #include <sys/msg.h>2 // 创建或打开消息队列:成功返回队列ID,失败返回-13 int msgget(key_t key, int flag);4 // 添加消息:成功返回0,失败返回-15 int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);6 // 读取消息:成功返回消息数据的长度,失败返回-17 int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);8 // 控制消息队列:成功返回0,失败返回-19 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

在以下两种情况下,msgget将创建一个新的消息队列:

如果没有与键值key相对应的消息队列,并且flag中包含了IPC_CREAT标志位。
key参数为IPC_PRIVATE。
函数msgrcv在读取消息队列时,type参数有下面几种情况:

type == 0,返回队列中的第一个消息;
type > 0,返回队列中消息类型为 type 的第一个消息;
type < 0,返回队列中消息类型值小于或等于 type 绝对值的消息,如果有多个,则取类型值最小的消息。
可以看出,type值非 0 时用于以非先进先出次序读消息。也可以把 type 看做优先级的权值。(其他的参数解释,请自行Google之)
信号量:

与前面已经介绍过的IPC结构不同,他是一个计数器.信号量用于实现进程间的互斥和同步,而不是用于存储进程间的通信数据.

特点:

1,信号量用于进程间同步,若要在进程间传递数据需要结合共享内存.

2,信号量基于操作系统的PV操作,程序对信号量的操作都是原子操作.

3,每次对信号量的PV操作不仅限于对信号量值加1或减1,而是可以加减任何正整数.

4,支持信号量组.

最简单的信号量是只能取0和1的变量,这也是信号量最常见的一种形式,称为二值信号量.可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量..

Linux下的信号量函数都是在通用的信号量数组上进行操作,而不是在一个单一的二值信号量上进行操作

相关代码:

1 #include <sys/sem.h>2 // 创建或获取一个信号量组:若成功返回信号量集ID,失败返回-13 int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);4 // 对信号量组进行操作,改变信号量的值:成功返回0,失败返回-15 int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops); 6 // 控制信号量的相关信息7 int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);

其中 sem_op 是一次操作中的信号量的改变量:

若sem_op > 0,表示进程释放相应的资源数,将 sem_op 的值加到信号量的值上。如果有进程正在休眠等待此信号量,则换行它们。

若sem_op < 0,请求 sem_op 的绝对值的资源。

如果相应的资源数可以满足请求,则将该信号量的值减去sem_op的绝对值,函数成功返回。
当相应的资源数不能满足请求时,这个操作与sem_flg有关。
sem_flg 指定IPC_NOWAIT,则semop函数出错返回EAGAIN。
sem_flg 没有指定IPC_NOWAIT,则将该信号量的semncnt值加1,然后进程挂起直到下述情况发生:
当相应的资源数可以满足请求,此信号量的semncnt值减1,该信号量的值减去sem_op的绝对值。成功返回;
此信号量被删除,函数smeop出错返回EIDRM;
进程捕捉到信号,并从信号处理函数返回,此情况下将此信号量的semncnt值减1,函数semop出错返回EINTR
若sem_op == 0,进程阻塞直到信号量的相应值为0:

当信号量已经为0,函数立即返回。
如果信号量的值不为0,则依据sem_flg决定函数动作:
sem_flg指定IPC_NOWAIT,则出错返回EAGAIN。
sem_flg没有指定IPC_NOWAIT,则将该信号量的semncnt值加1,然后进程挂起直到下述情况发生:
信号量值为0,将信号量的semzcnt的值减1,函数semop成功返回;
此信号量被删除,函数smeop出错返回EIDRM;
进程捕捉到信号,并从信号处理函数返回,在此情况将此信号量的semncnt值减1,函数semop出错返回EINTR
在semctl函数中的命令有多种,这里就说两个常用的:

SETVAL:用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。
IPC_RMID:删除一个信号量集合。如果不删除信号量,它将继续在系统中存在,即使程序已经退出,它可能在你下次运行此程序时引发问题,而且信号量是一种有限的资源。
共享内存:

指两个或多个进程共享一个给定的存储区.

特点:

1,共享内存是最快的一种IPC,因为进程是直接对内存进行存取.

2,因为多个进程可以同时操作,所以需要同步.

3,信号量+共享内存通常结合在一起使用,信号量用来同步对共享内存的访问.

相关代码:

1 #include <sys/shm.h>2 // 创建或获取一个共享内存:成功返回共享内存ID,失败返回-13 int shmget(key_t key, size_t size, int flag);4 // 连接共享内存到当前进程的地址空间:成功返回指向共享内存的指针,失败返回-15 void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);6 // 断开与共享内存的连接:成功返回0,失败返回-17 int shmdt(void *addr); 8 // 控制共享内存的相关信息:成功返回0,失败返回-19 int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);

当用shmget函数创建一段共享内存时,必须指定其 size;而如果引用一个已存在的共享内存,则将 size 指定为0 。

当一段共享内存被创建以后,它并不能被任何进程访问。必须使用shmat函数连接该共享内存到当前进程的地址空间,连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间,随后可像本地空间一样访问。

shmdt函数是用来断开shmat建立的连接的。注意,这并不是从系统中删除该共享内存,只是当前进程不能再访问该共享内存而已。

shmctl函数可以对共享内存执行多种操作,根据参数 cmd 执行相应的操作。常用的是IPC_RMID(从系统中删除该共享内存)。

socket:

由于socket实现篇幅较多,请访问:进程间通讯之socket详解
五种本地IPC通讯方式总结:

1.管道:速度慢,容量有限,只有父子进程能通讯    

2.FIFO:任何进程间都能通讯,但速度慢    

3.消息队列:容量受到系统限制,且要注意第一次读的时候,要考虑上一次没有读完数据的问题    

4.信号量:不能传递复杂消息,只能用来同步    

5.共享内存区:能够很容易控制容量,速度快,但要保持同步,比如一个进程在写的时候,另一个进程要注意读写的问题,相当于线程中的线程安全,当然,共享内存区同样可以用作线程间通讯,不过没这个必要,线程间本来就已经共享了同一进程内的一块内存

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