進程間通信方式有哪些?

進程之間的通信方式:

  • 管道
  • 消息隊列
  • 共享內存
  • 信號量
  • Socket

管道

我們來看一條 Linux 的語句

netstat -tulnp | grep 8080

其中“|”是管道的意思,它的作用就是把前一條命令的輸出作爲後一條命令的輸入。在這裏就是把 netstat -tulnp 的輸出結果作爲 grep 8080 這條命令的輸入。如果兩個進程要進行通信的話,就可以用這種管道來進行通信了,並且我們可以知道這條豎線是沒有名字的,所以我們把這種通信方式稱之爲匿名管道

並且這種通信方式是單向的,只能把第一個命令的輸出作爲第二個命令的輸入,如果進程之間想要互相通信的話,那麼需要創建兩個管道。

居然有匿名管道,那也意味着有命名管道,下面我們來創建一個命名管道。

mkfifo  test

這條命令創建了一個名字爲 test 的命名管道。

接下來我們用一個進程向這個管道里面寫數據,然後有另外一個進程把裏面的數據讀出來。

echo "this is a pipe" > test   // 寫數據

這個時候管道的內容沒有被讀出的話,那麼這個命令就會一直停在這裏,只有當另外一個進程把 test 裏面的內容讀出來的時候這條命令纔會結束。接下來我們用另外一個進程來讀取

cat < test  // 讀數據

我們可以看到,test 裏面的數據被讀取出來了。上一條命令也執行結束了。

從上面的例子可以看出,管道的通知機制類似於緩存,就像一個進程把數據放在某個緩存區域,然後等着另外一個進程去拿,並且是管道是單向傳輸

這種通信方式有什麼缺點呢?顯然,這種通信方式效率低下,你看,a 進程給 b 進程傳輸數據,只能等待 b 進程取了數據之後 a 進程才能返回。

所以管道不適合頻繁通信的進程。當然,他也有它的優點,例如比較簡單,能夠保證我們的數據已經真的被其他進程拿走了。我們平時用 Linux 的時候,也算是經常用。

消息隊列

那我們能不能把進程的數據放在某個內存之後就馬上讓進程返回呢?無需等待其他進程來取就返回呢?

可以的,我們可以用消息隊列的通信模式來解決這個問題,例如 a 進程要給 b 進程發送消息,只需要把消息放在對應的消息隊列裏就行了,b 進程需要的時候再去對應的消息隊列裏取出來。同理,b 進程要個 a 進程發送消息也是一樣。這種通信方式也類似於緩存吧。

這種通信方式有缺點嗎?答是有的,如果 a 進程發送的數據佔的內存比較大,並且兩個進程之間的通信特別頻繁的話,消息隊列模型就不大適合了。因爲 a 發送的數據很大的話,意味發送消息(拷貝)這個過程需要花很多時間來讀內存。

共享內存

共享內存這個通信方式就可以很好着解決拷貝所消耗的時間了。

這個可能有人會問了,每個進程不是有自己的獨立內存嗎?兩個進程怎麼就可以共享一塊內存了?

我們都知道,系統加載一個進程的時候,分配給進程的內存並不是實際物理內存,而是虛擬內存空間。那麼我們可以讓兩個進程各自拿出一塊虛擬地址空間來,然後映射到相同的物理內存中,這樣,兩個進程雖然有着獨立的虛擬內存空間,但有一部分卻是映射到相同的物理內存,這就完成了內存共享機制了。

信號量

共享內存最大的問題是什麼?沒錯,就是多進程競爭內存的問題,就像類似於我們平時說的線程安全問題。如何解決這個問題?這個時候我們的信號量就上場了。

信號量的本質就是一個計數器用來實現進程之間的互斥與同步。例如信號量的初始值是 1,然後 a 進程來訪問內存1的時候,我們就把信號量的值設爲 0,然後進程b 也要來訪問內存1的時候,看到信號量的值爲 0 就知道已經有進程在訪問內存1了,這個時候進程 b 就會訪問不了內存1。所以說,信號量也是進程之間的一種通信方式。

Socket

共享內存、管道、信號量、消息隊列,他們都是多個進程在同一臺主機之間的通信。

實現不同主機之間的進程通信:Socket 。例如我們平時通過瀏覽器發起一個 http 請求(會調用系統的Socket函數),然後服務器給你返回對應的數據,這種就是採用 Socket 的通信方式了。

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