一個(gè)大型的應(yīng)用系統(tǒng)，往往需要眾多進(jìn)程協(xié)作，進(jìn)程（Linux進(jìn)程概念見附1）間通信的重要性顯而易見。本系列文章闡述了 Linux環(huán)境下的幾種主要進(jìn)程間通信手段，并針對(duì)每個(gè)通信手段關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)給出詳細(xì)實(shí)例。為達(dá)到闡明問題的目的，本文還對(duì)某些通信手段的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)機(jī)制進(jìn) 行了分析。

序

linux 下的進(jìn)程通信手段基本上是從Unix平臺(tái)上的進(jìn)程通信手段繼承而來的。而對(duì)Unix發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)的兩大主力AT&T的貝爾實(shí)驗(yàn)室及BSD（加 州大學(xué)伯克利分校的伯克利軟件發(fā)布中心）在進(jìn)程間通信方面的側(cè)重點(diǎn)有所不同。前者對(duì)Unix早期的進(jìn)程間通信手段進(jìn)行了系統(tǒng)的改進(jìn)和擴(kuò)充，形成了 “system V IPC”，通信進(jìn)程局限在單個(gè)計(jì)算機(jī)內(nèi)；后者則跳過了該限制，形成了基于套接口（socket）的進(jìn)程間通信機(jī)制。Linux則把兩者繼承了下來，如圖 示：

其 中，最初Unix IPC包括：管道、FIFO、信號(hào)；System V IPC包括：System V消息隊(duì)列、System V信號(hào)燈、System V共享內(nèi)存區(qū)；Posix IPC包括： Posix消息隊(duì)列、Posix信號(hào)燈、Posix共享內(nèi)存區(qū)。有兩點(diǎn)需要簡(jiǎn)單說明一下：1）由于Unix版本的多樣性，電子電氣工程協(xié)會(huì)（IEEE）開 發(fā)了一個(gè)獨(dú)立的Unix標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)新的ANSI Unix標(biāo)準(zhǔn)被稱為計(jì)算機(jī)環(huán)境的可移植性操作系統(tǒng)界面（PSOIX）。現(xiàn)有大部分Unix和流行版本都是遵循POSIX標(biāo)準(zhǔn)的，而Linux從一開始就遵 循POSIX標(biāo)準(zhǔn)；2）BSD并不是沒有涉足單機(jī)內(nèi)的進(jìn)程間通信（socket本身就可以用于單機(jī)內(nèi)的進(jìn)程間通信）。事實(shí)上，很多Unix版本的單機(jī) IPC留有BSD的痕跡，如4.4BSD支持的匿名內(nèi)存映射、4.3+BSD對(duì)可靠信號(hào)語(yǔ)義的實(shí)現(xiàn)等等。

圖 一給出了linux 所支持的各種IPC手段，在本文接下來的討論中，為了避免概念上的混淆，在盡可能少提及Unix的各個(gè)版本的情況下，所有問題的討論最終都會(huì)歸結(jié)到Linux環(huán)境下的進(jìn)程間通信上來。并且，對(duì)于Linux所支持通信手段的不同實(shí)現(xiàn)版本（如對(duì)于共享內(nèi)存來說，有Posix共享內(nèi)存區(qū)以及System V共享內(nèi)存區(qū)兩個(gè)實(shí)現(xiàn)版本），將主要介紹Posix API。

linux下進(jìn)程間通信的幾種主要手段簡(jiǎn)介：

1. 管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：

管道可用于具有親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信，有名管道克服了管道沒有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它還允許無(wú)親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信；

2. 信 號(hào)（Signal）：

信號(hào)是比較復(fù)雜的通信方式，用于通知接受進(jìn)程有某種事件發(fā)生，除了用于進(jìn)程間通信外，進(jìn)程還可以發(fā)送信號(hào)給進(jìn)程本身；linux除了 支持Unix早期信號(hào)語(yǔ)義函數(shù)sigal外，還支持語(yǔ)義符合Posix.1標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)函數(shù)sigaction（實(shí)際上，該函數(shù)是基于BSD的，BSD為了 實(shí)現(xiàn)可靠信號(hào)機(jī)制，又能夠統(tǒng)一對(duì)外接口，用sigaction函數(shù)重新實(shí)現(xiàn)了signal函數(shù)）；

3. 報(bào)文（Message）隊(duì)列（消息隊(duì)列）：

消息隊(duì)列是消息的鏈接表，包括Posix消息隊(duì)列system V消息隊(duì)列。有足夠權(quán)限的進(jìn)程可以向隊(duì)列中添加消息，被賦予讀權(quán)限的進(jìn)程則可以讀走隊(duì)列中的消息。消息隊(duì)列克服了信號(hào)承載信息量少，管道只能承載無(wú)格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺點(diǎn)。

4. 共享內(nèi)存：

使得多個(gè)進(jìn)程可以訪問同一塊內(nèi)存空間，是最快的可用IPC形式。是針對(duì)其他通信機(jī)制運(yùn)行效率較低而設(shè)計(jì)的。往往與其它通信機(jī)制，如信號(hào)量結(jié)合使用，來達(dá)到進(jìn)程間的同步及互斥。

5. 信號(hào)量（semaphore）：

主要作為進(jìn)程間以及同一進(jìn)程不同線程之間的同步手段。

6. 套接口（Socket）：

更為一般的進(jìn)程間通信機(jī)制，可用于不同機(jī)器之間的進(jìn)程間通信。起初是由Unix系統(tǒng)的BSD分支開發(fā)出來的，但現(xiàn)在一般可以移植到其它類Unix系統(tǒng)上：Linux和System V的變種都支持套接字。

下面將對(duì)上述通信機(jī)制做具體闡述。

一般來說，linux下的進(jìn)程包含以下幾個(gè)關(guān)鍵要素：

·         有一段可執(zhí)行程序；

·         有專用的系統(tǒng)堆棧空間；

·         內(nèi)核中有它的控制塊（進(jìn)程控制塊），描述進(jìn)程所占用的資源，這樣，進(jìn)程才能接受內(nèi)核的調(diào)度；

·         具有獨(dú)立的存儲(chǔ)空間

進(jìn)程和線程有時(shí)候并不完全區(qū)分，而往往根據(jù)上下文理解其含義。

參考資料

·         UNIX環(huán)境高級(jí)編程，作者：W.Richard Stevens，譯者：尤晉元等，機(jī)械工業(yè)出版社。具有豐富的編程實(shí)例，以及關(guān)鍵函數(shù)伴隨Unix的發(fā)展歷程。

·         linux內(nèi)核源代碼情景分析（上、下），毛德操、胡希明著，浙江大學(xué)出版社，提供了對(duì)linux內(nèi)核非常好的分析，同時(shí)，對(duì)一些關(guān)鍵概念的背景進(jìn)行了詳細(xì)的說明；對(duì)linux環(huán)境下的進(jìn)程進(jìn)行了概括說明。

·         UNIX網(wǎng)絡(luò)編程第二卷：進(jìn)程間通信，作者：W.Richard Stevens，譯者：楊繼張，清華大學(xué)出版社。一本比較全面闡述Unix環(huán)境下進(jìn)程間通信的書（沒有信號(hào)和套接口，套接口在第一卷中）。

進(jìn)程間通信與應(yīng)用程序間通信及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)

---- 摘 要 本文討論了進(jìn)程間通信與應(yīng)用程序間通信的含義及相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，并對(duì)這些技術(shù)的原理、特性等進(jìn)行了深入的分析和比較。

---- 關(guān)鍵詞 信號(hào) 管道 消息隊(duì)列 共享存儲(chǔ)段 信號(hào)燈 遠(yuǎn)程過程調(diào)用 Socket套接字MQSeries

1 引言

---- 進(jìn)程間通信的主要目的是實(shí)現(xiàn)同一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的相互協(xié)作的進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)共享與信息交換，由于這些進(jìn)程處于同一軟件和硬件環(huán)境下，利用操作系統(tǒng)提供的的 編程接口，用戶可以方便地在程序中實(shí)現(xiàn)這種通信；應(yīng)用程序間通信的主要目的是實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的相互協(xié)作的應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)共享與信息交換，由于應(yīng) 用程序分別運(yùn)行在不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，它們之間要通過網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與信息交換。進(jìn)程間通信和應(yīng)用程序間通信及相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)有許多相同之 處，也各有自己的特色。即使是同一類型的通信也有多種的實(shí)現(xiàn)方法，以適應(yīng)不同情況的需要。

---- 為了充分認(rèn)識(shí)和掌握這兩種通信及相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，本文將就以下幾個(gè)方面對(duì)這兩種通信進(jìn)行深入的討論：?jiǎn)栴}的由來、解決問題的策略和方法、每種方法的工作原理和實(shí)現(xiàn)、每種實(shí)現(xiàn)方法的特點(diǎn)和適用的范圍等。

2 進(jìn)程間的通信及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)

---- 用戶提交給計(jì)算機(jī)的任務(wù)最終都是通過一個(gè)個(gè)的進(jìn)程來完成的。在一組并發(fā)進(jìn)程中的任何兩個(gè)進(jìn)程之間，如果都不存在公共變量，則稱該組進(jìn)程為不相交的。在不相 交的進(jìn)程組中，每個(gè)進(jìn)程都獨(dú)立于其它進(jìn)程，它的運(yùn)行環(huán)境與順序程序一樣，而且它的運(yùn)行環(huán)境也不為別的進(jìn)程所改變。運(yùn)行的結(jié)果是確定的，不會(huì)發(fā)生與時(shí)間相關(guān) 的錯(cuò)誤。

---- 但是，在實(shí)際中，并發(fā)進(jìn)程的各個(gè)進(jìn)程之間并不是完全互相獨(dú)立的，它們之間往往存在著相互制約的關(guān)系。進(jìn)程之間的相互制約關(guān)系表現(xiàn)為兩種方式：

---- （1） 間接相互制約：共享CPU

---- （2） 直接相互制約：競(jìng)爭(zhēng)和協(xié)作

---- 競(jìng)爭(zhēng)——進(jìn)程對(duì)共享資源的競(jìng)爭(zhēng)。為保證進(jìn)程互斥地訪問共享資源，各進(jìn)程必須互斥地進(jìn)入各自的臨界段。

---- 協(xié)作——進(jìn)程之間交換數(shù)據(jù)。為完成一個(gè)共同任務(wù)而同時(shí)運(yùn)行的一組進(jìn)程稱為同組進(jìn)程，它們之間必須交換數(shù)據(jù)，以達(dá)到協(xié)作完成任務(wù)的目的，交換數(shù)據(jù)可以通知對(duì)方可以做某事或者委托對(duì)方做某事。

---- 共享CPU問題由操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度來實(shí)現(xiàn)，進(jìn)程間的競(jìng)爭(zhēng)和協(xié)作由進(jìn)程間的通信來完成。進(jìn)程間的通信一般由操作系統(tǒng)提供編程接口，由程序員在程序中實(shí)現(xiàn)。UNIX在這個(gè)方面可以說最具特色，它提供了一整套進(jìn)程間的數(shù)據(jù)共享與信息交換的處理方法——進(jìn)程通信機(jī)制（IPC）。因此，我們就以UNIX為例來分析 進(jìn)程間通信的各種實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

---- 在UNIX中，文件（File）、信號(hào)（Signal）、無(wú)名管道（Unnamed Pipes）、有名管道（FIFOs）是傳統(tǒng)IPC功能；新的IPC功能包括消息隊(duì)列（Message queues）、共享存儲(chǔ)段（Shared memory segment）和信號(hào)燈（Semapores）。

---- （1） 信號(hào)

---- 信號(hào)機(jī)制是UNIX為進(jìn)程中斷處理而設(shè)置的。它只是一組預(yù)定義的值，因此不能用于信息交換，僅用于進(jìn)程中斷控制。例如在發(fā)生浮點(diǎn)錯(cuò)、非法內(nèi)存訪問、執(zhí)行無(wú) 效指令、某些按鍵（如ctrl-c、del等）等都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，操作系統(tǒng)就會(huì)調(diào)用有關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用或用戶定義的處理過程來處理。

---- 信號(hào)處理的系統(tǒng)調(diào)用是signal，調(diào)用形式是：

---- signal(signalno,action)

---- 其中，signalno是規(guī)定信號(hào)編號(hào)的值，action指明當(dāng)特定的信號(hào)發(fā)生時(shí)所執(zhí)行的動(dòng)作。

---- （2） 無(wú)名管道和有名管道

---- 無(wú)名管道實(shí)際上是內(nèi)存中的一個(gè)臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)，它由系統(tǒng)安全控制，并且獨(dú)立于創(chuàng)建它的進(jìn)程的內(nèi)存區(qū)。管道對(duì)數(shù)據(jù)采用先進(jìn)先出方式管理，并嚴(yán)格按順序操作，例如不能對(duì)管道進(jìn)行搜索，管道中的信息只能讀一次。

---- 無(wú)名管道只能用于兩個(gè)相互協(xié)作的進(jìn)程之間的通信，并且訪問無(wú)名管道的進(jìn)程必須有共同的祖先。

---- 系統(tǒng)提供了許多標(biāo)準(zhǔn)管道庫(kù)函數(shù)，如：

pipe()——打開一個(gè)可以讀寫的管道；

close()——關(guān)閉相應(yīng)的管道；

read()——從管道中讀取字符；

write()——向管道中寫入字符；

---- 有名管道的操作和無(wú)名管道類似，不同的地方在于使用有名管道的進(jìn)程不需要具有共同的祖先，其它進(jìn)程，只要知道該管道的名字，就可以訪問它。管道非常適合進(jìn)程之間快速交換信息。

---- （3） 消息隊(duì)列（MQ）

---- 消息隊(duì)列是內(nèi)存中獨(dú)立于生成它的進(jìn)程的一段存儲(chǔ)區(qū)，一旦創(chuàng)建消息隊(duì)列，任何進(jìn)程，只要具有正確的的訪問權(quán)限，都可以訪問消息隊(duì)列，消息隊(duì)列非常適合于在進(jìn)程間交換短信息。

---- 消息隊(duì)列的每條消息由類型編號(hào)來分類，這樣接收進(jìn)程可以選擇讀取特定的消息類型——這一點(diǎn)與管道不同。消息隊(duì)列在創(chuàng)建后將一直存在，直到使用msgctl系統(tǒng)調(diào)用或iqcrm -q命令刪除它為止。

---- 系統(tǒng)提供了許多有關(guān)創(chuàng)建、使用和管理消息隊(duì)列的系統(tǒng)調(diào)用，如：

---- int msgget(key,flag)——創(chuàng)建一個(gè)具有flag權(quán)限的MQ及其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，并返回一個(gè)唯一的正整數(shù)msqid（MQ的標(biāo)識(shí)符）；

---- int msgsnd(msqid,msgp,msgsz,msgtyp,flag)——向隊(duì)列中發(fā)送信息；

---- int msgrcv(msqid,cmd,buf)——從隊(duì)列中接收信息；

---- int msgctl(msqid,cmd,buf)——對(duì)MQ的控制操作；

---- （4） 共享存儲(chǔ)段（SM）

---- 共享存儲(chǔ)段是主存的一部分，它由一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程共享。各進(jìn)程的數(shù)據(jù)段與共享存儲(chǔ)段相關(guān)聯(lián)，對(duì)每個(gè)進(jìn)程來說，共享存儲(chǔ)段有不同的虛擬地址。系統(tǒng)提供的有關(guān)SM的系統(tǒng)調(diào)用有：

---- int shmget(key,size,flag)——創(chuàng)建大小為size的SM段，其相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名為key，并返回共享內(nèi)存區(qū)的標(biāo)識(shí)符shmid；

---- char shmat(shmid,address,flag)——將當(dāng)前進(jìn)程數(shù)據(jù)段的地址賦給shmget所返回的名為shmid的SM段；

---- int shmdr(address)——從進(jìn)程地址空間刪除SM段；

---- int shmctl (shmid,cmd,buf)——對(duì)SM的控制操作；

---- SM的大小只受主存限制，SM段的訪問及進(jìn)程間的信息交換可以通過同步讀寫來完成。同步通常由信號(hào)燈來實(shí)現(xiàn)。SM非常適合進(jìn)程之間大量數(shù)據(jù)的共享。

---- （5） 信號(hào)燈

---- 在UNIX中，信號(hào)燈是一組進(jìn)程共享的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)幾個(gè)進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)同一資源時(shí)（文件、共享內(nèi)存或消息隊(duì)列等），它們的操作便由信號(hào)燈來同步，以防止互相干擾。

---- 信號(hào)燈保證了某一時(shí)刻只有一個(gè)進(jìn)程訪問某一臨界資源，所有請(qǐng)求該資源的其它進(jìn)程都將被掛起，一旦該資源得到釋放，系統(tǒng)才允許其它進(jìn)程訪問該資源。信號(hào)燈通常配對(duì)使用，以便實(shí)現(xiàn)資源的加鎖和解鎖。

---- 進(jìn)程間通信的實(shí)現(xiàn)技術(shù)的特點(diǎn)是：操作系統(tǒng)提供實(shí)現(xiàn)機(jī)制和編程接口，由用戶在程序中實(shí)現(xiàn)，保證進(jìn)程間可以進(jìn)行快速的信息交換和大量數(shù)據(jù)的共享。但是，上述方式主要適合在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的進(jìn)程之間的通信。

3 應(yīng)用程序間的通信及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)

---- 同進(jìn)程之間的相互制約一樣，不同的應(yīng)用程序之間也存在競(jìng)爭(zhēng)和協(xié)作的關(guān)系。UNIX操作系統(tǒng)也提供一些可用于應(yīng)用程序之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與信息交換的編程接 口，程序員可以通過自己編程來實(shí)現(xiàn)。如遠(yuǎn)程過程調(diào)用和基于TCP/IP協(xié)議的套接字（Socket）編程。但是，相對(duì)普通程序員來說，它們涉及的技術(shù)比較 深，編程也比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來困難較大。

---- 于是，一種新的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生——通過將有關(guān)通信的細(xì)節(jié)完全掩蓋在某個(gè)獨(dú)立軟件內(nèi)部，即底層的通訊工作和相應(yīng)的維護(hù)管理工作由該軟件內(nèi)部來實(shí)現(xiàn)，用戶只需要將通信任務(wù)提交給該軟件去完成，而不必理會(huì)它的具體工作過程——這就是所謂的中間件技術(shù)。

---- 我們?cè)谶@里分別討論這三種常用的應(yīng)用程序間通信的實(shí)現(xiàn)技術(shù)——遠(yuǎn)程過程調(diào)用、會(huì)話編程技術(shù)和MQSeries消息隊(duì)列技術(shù)。其中遠(yuǎn)程過程調(diào)用和會(huì)話編程屬 于比較低級(jí)的方式，程序員參與的程度較深，而MQSeries消息隊(duì)列則屬于比較高級(jí)的方式，即中間件方式，程序員參與的程度較淺。

---- 3．1 遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC）

---- 遠(yuǎn)程過程調(diào)用是按下述方式工作的：當(dāng)一個(gè)應(yīng)用程序A需要與遠(yuǎn)程的另一個(gè)應(yīng)用程序B交換信息或要求B提供協(xié)助時(shí)，A將在本地產(chǎn)生一個(gè)請(qǐng)求，通過通訊鏈路，通知B接收信息或提供相應(yīng)的服務(wù)，B完成相關(guān)處理后將確認(rèn)信息或結(jié)果返回給A。

---- RPC機(jī)制強(qiáng)調(diào)通信的兩個(gè)應(yīng)用程序所處的環(huán)境和平臺(tái)中必須是相同的，而且必須同時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)。做遠(yuǎn)程調(diào)用時(shí)，兩者必須先建立連接，而且通訊鏈路質(zhì)量對(duì)它的效果影響很大。

---- RPC的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用程序采用調(diào)用/返回方式通訊，擁有很高的潛在效率，但需要應(yīng)用程序間的緊密藕合，通訊線路必須在通信期間一直保持良好的狀態(tài)，而且必須進(jìn)行大量的底層通訊的編程工作。

---- 3．2 會(huì)話編程

---- 會(huì)話編程類似于人們打電話，撥號(hào)——接通——說話——對(duì)方回答——掛機(jī)。基于TCP/IP協(xié)議的Socket編程就是一種典型的會(huì)話編程方式。它可適用于客戶/服務(wù)通信方式，還能適用于點(diǎn)——點(diǎn)通信方式。

---- 下面，我們分別介紹服務(wù)器端和客戶端的具體任務(wù)。

---- 服務(wù)器端

---- 服務(wù)進(jìn)程首先創(chuàng)建一個(gè)套接口，使用Socket（）調(diào)用；然后，將該套接口與本機(jī)的IP地址和某一空閑端口相關(guān)聯(lián)，使用Bind（）調(diào)用；這時(shí)，服務(wù)端就 可以用Listen（）調(diào)用來偵聽來自客戶程序的數(shù)據(jù)；套接口一旦處于聽模式，服務(wù)進(jìn)程將可以接收一個(gè)連接，并允許傳遞數(shù)據(jù)，使用Accept（）調(diào)用來 完成；最后使用Read（）調(diào)用來讀入數(shù)據(jù)，同時(shí)，還可以用Write（）調(diào)用來向發(fā)送進(jìn)程寫回一些數(shù)據(jù)，如確認(rèn)信息或回顯信息。

客戶端

---- 客戶進(jìn)程也是首先創(chuàng)建一個(gè)套接口，使用Socket（）調(diào)用；然后，客戶進(jìn)程就使用Connect（）調(diào)用試圖連接一個(gè)服務(wù)；連接成功之后，就可以利用Write（）調(diào)用向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)，還可以使用Read（）調(diào)用讀取服務(wù)器寫回的數(shù)據(jù)。

---- 目前的網(wǎng)絡(luò)一般都支持TCP/IP協(xié)議，UNIX和WINDOWS也都提供相應(yīng)的編程接口，用戶可以隨心所欲地編制出合乎自己要求的通信程序。現(xiàn)行大多數(shù) 的應(yīng)用程序間的通信采取的就是這種方式。但是，這種Socket編程技術(shù)，要求程序員必須熟悉相關(guān)概念，自己設(shè)計(jì)控制流程，客戶和服務(wù)進(jìn)程必須相互配合且 必須都處于運(yùn)行狀態(tài)，技術(shù)上有一定的難度。

---- 3．3 MQSeries消息隊(duì)列

---- 為了簡(jiǎn)化應(yīng)用程序間的通信，使得通信既具有較高的可靠性，又保證實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單性，我們希望能有一種獨(dú)立的通信軟件，應(yīng)用程序只需將任務(wù)提交給該軟件，由該軟 件自動(dòng)去完成信息的傳遞工作，這即是我們前面提到的中間件技術(shù)。IBM公司的MQSeries就是基于這種技術(shù)的商業(yè)化產(chǎn)品。

---- 應(yīng)用程序A和B位于同一計(jì)算機(jī)，而應(yīng)用程序C位于遠(yuǎn)程的其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。當(dāng)應(yīng)用程序A需要和B通訊時(shí)，它通過調(diào)用MQSeries接口將消息放入隊(duì)列 Q1，應(yīng)用程序B在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候讀取該消息，或消息本身到達(dá)后喚醒應(yīng)用程序B。當(dāng)應(yīng)用程序A需要和C通訊時(shí)，它通過相同的方式將消息放入隊(duì)列Q2，應(yīng)用程序 C在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候讀取該消息。

---- 應(yīng)用程序之間的消息傳遞是通過隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)的，是間接的。由于不存在直接連接，C關(guān)閉時(shí)A仍然能正常運(yùn)行，不僅如此，當(dāng)C不在運(yùn)行時(shí)，消息還可以觸發(fā)該程序。

---- MQSeries優(yōu)點(diǎn)可以確保信息是永久的、可恢復(fù)的；確保信息成功發(fā)送且僅有一次發(fā)送，可以支持關(guān)鍵業(yè)務(wù)，如證券交易信息的傳遞；確保信息傳遞是保密 的；同時(shí)，使用MQSeries，不需要應(yīng)用程序和通訊介質(zhì)以及遠(yuǎn)程應(yīng)用程序之間的耦合，也不需要應(yīng)用程序同時(shí)運(yùn)行。MQSeries是應(yīng)用程序間通信的 首選技術(shù)。

---- MQSeries接口提供的調(diào)用主要有：

---- MQCONN——連接一個(gè)隊(duì)列管理器，以后它發(fā)送和讀入的消息的所有消息都由這個(gè)隊(duì)列管理器管理；

---- MQOPEN——打開該應(yīng)用程序所連接的隊(duì)列；

---- MQPUT——將消息寫入已打開的隊(duì)列中；

---- MQGET——從該隊(duì)列中讀出消息；

---- MQINQ——獲得關(guān)于隊(duì)列的屬性；

---- MQCLOSE——關(guān)閉隊(duì)列（對(duì)隊(duì)列執(zhí)行完所有操作后）；

---- MQPUT1——它執(zhí)行三個(gè)操作，先調(diào)用MQOPEN打開隊(duì)列，然后調(diào)用MQPUT寫入一條消息，最后調(diào)用MQCLOSE關(guān)閉隊(duì)列；

---- MQDISC——斷開和隊(duì)列管理器的連接（對(duì)隊(duì)列管理器的所有操作完成后）；

---- 3．4 三種實(shí)現(xiàn)技術(shù)的特性比較

表1清楚地列出了RPC、 Socket編程、MQSeries的不同特性。

表1 三種中間件的特性比較

4 結(jié)束語(yǔ)

---- 各種進(jìn)程間通信和應(yīng)用程序間通信的實(shí)現(xiàn)技術(shù)都具有自己的特點(diǎn)和使用范圍。管道、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存等技術(shù)最適用于同一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的進(jìn)程間通信，以保證 高效率。而遠(yuǎn)程過程調(diào)用、Socket會(huì)話編程、MQSeries則最適用于遠(yuǎn)程的應(yīng)用程序之間通信，可以簡(jiǎn)化通信的編程，當(dāng)然也保證通信的可靠性。尤其 是MQSeries，它是一個(gè)比較完善的中間件產(chǎn)品，為許多的信息系統(tǒng)所選用。如我公司的帳務(wù)系統(tǒng)與各金融系統(tǒng)的話費(fèi)信息的交換選擇的就是 MQSeries。有時(shí)，在一個(gè)信息系統(tǒng)里面，既存在進(jìn)程間通信的需求，也存在應(yīng)用程序間通信的需求，這時(shí)就必須分別選擇兩種不同的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。因此，在實(shí) 際信息系統(tǒng)建設(shè)的過程中，我們?cè)谶x擇哪種實(shí)現(xiàn)技術(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)信息系統(tǒng)的不同情況和不同需求，根據(jù)系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)的成本，選擇一種或是幾種實(shí)現(xiàn)技術(shù)，以求得 整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化。

-

Linux環(huán)境進(jìn)程間通信: 共享內(nèi)存

采用共享內(nèi)存通信的一個(gè)顯而易見的好處是效率高，因?yàn)檫M(jìn)程可以直接讀寫內(nèi)存，而不需要任何數(shù)據(jù)的拷貝。對(duì)于像管道和消息隊(duì)列等通信方式，則需要在內(nèi)核和用戶空間進(jìn)行四次的數(shù)據(jù)拷貝，而共享內(nèi)存則只拷貝兩次數(shù)據(jù)[1]：一次從輸入文件到共享內(nèi)存區(qū)，另一次從共享內(nèi)存區(qū)到輸出文件。實(shí)際上，進(jìn)程之間在共享內(nèi)存時(shí)，并不總是讀寫少量數(shù)據(jù)后就解除映射，有新的通信時(shí)，再重新建立共享內(nèi)存區(qū)域。而是保持共享區(qū)域，直到通信完畢為止，這樣，數(shù)據(jù)內(nèi)容一直保存在共享內(nèi)存中，并沒有寫回文件。共享內(nèi)存中的內(nèi)容往往是在解除映射時(shí)才寫回文件的。因此，采用共享內(nèi)存的通信方式效率是非常高的。

Linux的2.2.x內(nèi)核支持多種共享內(nèi)存方式，如mmap()系統(tǒng)調(diào)用，Posix共享內(nèi)存，以及系統(tǒng)V共享內(nèi)存。linux發(fā)行版本如Redhat 8.0支持mmap()系統(tǒng)調(diào)用及系統(tǒng)V共享內(nèi)存，但還沒實(shí)現(xiàn)Posix共享內(nèi)存，本文將主要介紹mmap()系統(tǒng)調(diào)用及系統(tǒng)V共享內(nèi)存API的原理及應(yīng)用。

一、內(nèi)核怎樣保證各個(gè)進(jìn)程尋址到同一個(gè)共享內(nèi)存區(qū)域的內(nèi)存頁(yè)面

1、page cache及swap cache中頁(yè)面的區(qū)分：

一個(gè)被訪問文件的物理頁(yè)面都駐留在page cache或swap cache中，一個(gè)頁(yè)面的所有信息由struct page來描述。struct page中有一個(gè)域?yàn)橹羔榤apping ，它指向一個(gè)struct address_space類型結(jié)構(gòu)。page cache或swap cache中的所有頁(yè)面就是根據(jù)address_space結(jié)構(gòu)以及一個(gè)偏移量來區(qū)分的。

2、文件與address_space結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)：

一個(gè)具體的文件在打開后，內(nèi)核會(huì)在內(nèi)存中為之建立一個(gè)struct inode結(jié)構(gòu)，其中的i_mapping域指向一個(gè)address_space結(jié)構(gòu)。這樣，一個(gè)文件就對(duì)應(yīng)一個(gè)address_space結(jié)構(gòu)，一個(gè)address_space與一個(gè)偏移量能夠確定一個(gè)page cache 或swap cache中的一個(gè)頁(yè)面。因此，當(dāng)要尋址某個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，很容易根據(jù)給定的文件及數(shù)據(jù)在文件內(nèi)的偏移量而找到相應(yīng)的頁(yè)面。

3、進(jìn)程調(diào)用mmap()：

此時(shí)，只是在進(jìn)程空間內(nèi)新增了一塊相應(yīng)大小的緩沖區(qū)，并設(shè)置了相應(yīng)的訪問標(biāo)識(shí)，但并沒有建立進(jìn)程空間到物理頁(yè)面的映射。因此，第一次訪問該空間時(shí)，會(huì)引發(fā)一個(gè)缺頁(yè)異常。

4、對(duì)于共享內(nèi)存映射情況：

缺頁(yè)異常處理程序首先在swap cache中尋找目標(biāo)頁(yè)（符合address_space以及偏移量的物理頁(yè)），如果找到，則直接返回地址；如果沒有找到，則判斷該頁(yè)是否在交換區(qū)(swap area)，如果在，則執(zhí)行一個(gè)換入操作；如果上述兩種情況都不滿足，處理程序?qū)⒎峙湫碌奈锢眄?yè)面，并把它插入到page cache中。進(jìn)程最終將更新進(jìn)程頁(yè)表。 注：對(duì)于映射普通文件情況（非共享映射），缺頁(yè)異常處理程序首先會(huì)在page cache中根據(jù)address_space以及數(shù)據(jù)偏移量尋找相應(yīng)的頁(yè)面。如果沒有找到，則說明文件數(shù)據(jù)還沒有讀入內(nèi)存，處理程序會(huì)從磁盤讀入相應(yīng)的頁(yè)面，并返回相應(yīng)地址，同時(shí)，進(jìn)程頁(yè)表也會(huì)更新。

5、所有進(jìn)程在映射同一個(gè)共享內(nèi)存區(qū)域時(shí)：

情況都一樣，在建立線性地址與物理地址之間的映射之后，不論進(jìn)程各自的返回地址如何，實(shí)際訪問的必然是同一個(gè)共享內(nèi)存區(qū)域?qū)?yīng)的物理頁(yè)面。 注：一個(gè)共享內(nèi)存區(qū)域可以看作是特殊文件系統(tǒng)shm中的一個(gè)文件，shm的安裝點(diǎn)在交換區(qū)上。

上面涉及到了一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，圍繞數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理解問題會(huì)容易一些。

二、mmap()及其相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用

mmap()系統(tǒng)調(diào)用使得進(jìn)程之間通過映射同一個(gè)普通文件實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存。普通文件被映射到進(jìn)程地址空間后，進(jìn)程可以向訪問普通內(nèi)存一樣對(duì)文件進(jìn)行訪問，不必再調(diào)用read()，write（）等操作。

注：實(shí)際上，mmap()系統(tǒng)調(diào)用并不是完全為了用于共享內(nèi)存而設(shè)計(jì)的。它本身提供了不同于一般對(duì)普通文件的訪問方式，進(jìn)程可以像讀寫內(nèi)存一樣對(duì)普通文件的操作。而Posix或系統(tǒng)V的共享內(nèi)存IPC則純粹用于共享目的，當(dāng)然mmap()實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存也是其主要應(yīng)用之一。

1、mmap()系統(tǒng)調(diào)用形式如下：

void* mmap ( void * addr , size_t len , int prot , int flags , int fd , off_t offset )

 參數(shù)fd為即將映射到進(jìn)程空間的文件描述字，一般由open()返回，同時(shí)，fd可以指定為-1，此時(shí)須指定flags參數(shù)中的MAP_ANON，表明進(jìn)行的是匿名映射（不涉及具體的文件名，避免了文件的創(chuàng)建及打開，很顯然只能用于具有親緣關(guān)系的進(jìn)程間通信）。len是映射到調(diào)用進(jìn)程地址空間的字節(jié)數(shù)，它從被映射文件開頭offset個(gè)字節(jié)開始算起。prot 參數(shù)指定共享內(nèi)存的訪問權(quán)限。可取如下幾個(gè)值的或：PROT_READ（可讀） , PROT_WRITE （可寫）, PROT_EXEC （可執(zhí)行）, PROT_NONE（不可訪問）。flags由以下幾個(gè)常值指定：MAP_SHARED , MAP_PRIVATE , MAP_FIXED，其中，MAP_SHARED , MAP_PRIVATE必選其一，而MAP_FIXED則不推薦使用。offset參數(shù)一般設(shè)為0，表示從文件頭開始映射。參數(shù)addr指定文件應(yīng)被映射到進(jìn)程空間的起始地址，一般被指定一個(gè)空指針，此時(shí)選擇起始地址的任務(wù)留給內(nèi)核來完成。函數(shù)的返回值為最后文件映射到進(jìn)程空間的地址，進(jìn)程可直接操作起始地址為該值的有效地址。這里不再詳細(xì)介紹mmap()的參數(shù)，讀者可參考mmap()手冊(cè)頁(yè)獲得進(jìn)一步的信息。

2、系統(tǒng)調(diào)用mmap()用于共享內(nèi)存的兩種方式：

             （1）使用普通文件提供的內(nèi)存映射：適用于任何進(jìn)程之間；此時(shí)，需要打開或創(chuàng)建一個(gè)文件，然后再調(diào)用mmap()；典型調(diào)用代碼如下：

             ptr=mmap(NULL, len , PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED , fd , 0); 通過mmap()實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存的通信方式有許多特點(diǎn)和要注意的地方，我們將在范例中進(jìn)行具體說明。

2         使用特殊文件提供匿名內(nèi)存映射：適用于具有親緣關(guān)系的進(jìn)程之間；由于父子進(jìn)程特殊的親緣關(guān)系，在父進(jìn)程中先調(diào)用mmap()，然后調(diào)用fork()。那么在調(diào)用fork()之后，子進(jìn)程繼承父進(jìn)程匿名映射后的地址空間，同樣也繼承mmap()返回的地址，這樣，父子進(jìn)程就可以通過映射區(qū)域進(jìn)行通信了。注意，這里不是一般的繼承關(guān)系。一般來說，子進(jìn)程單獨(dú)維護(hù)從父進(jìn)程繼承下來的一些變量。而mmap()返回的地址，卻由父子進(jìn)程共同維護(hù)。 對(duì)于具有親緣關(guān)系的進(jìn)程實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存最好的方式應(yīng)該是采用匿名內(nèi)存映射的方式。此時(shí)，不必指定具體的文件，只要設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志即可，參見范例2。

fd=open(name, flag, mode);

if(fd<0)

...

3、系統(tǒng)調(diào)用munmap()

int munmap( void * addr, size_t len ) 該調(diào)用在進(jìn)程地址空間中解除一個(gè)映射關(guān)系，addr是調(diào)用mmap()時(shí)返回的地址，len是映射區(qū)的大小。當(dāng)映射關(guān)系解除后，對(duì)原來映射地址的訪問將導(dǎo)致段錯(cuò)誤發(fā)生。

4、系統(tǒng)調(diào)用msync()

int msync ( void * addr , size_t len, int flags) 一般說來，進(jìn)程在映射空間的對(duì)共享內(nèi)容的改變并不直接寫回到磁盤文件中，往往在調(diào)用munmap（）后才執(zhí)行該操作。可以通過調(diào)用msync()實(shí)現(xiàn)磁盤上文件內(nèi)容與共享內(nèi)存區(qū)的內(nèi)容一致。

三、mmap()范例

下面將給出使用mmap()的兩個(gè)范例：范例1給出兩個(gè)進(jìn)程通過映射普通文件實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存通信；范例2給出父子進(jìn)程通過匿名映射實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存。系統(tǒng)調(diào)用mmap()有許多有趣的地方，下面是通過mmap（）映射普通文件實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信的范例，我們通過該范例來說明mmap()實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存的特點(diǎn)及注意事項(xiàng)。

范例1：兩個(gè)進(jìn)程通過映射普通文件實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存通信

范例1包含兩個(gè)子程序：map_normalfile1.c及map_normalfile2.c。編譯兩個(gè)程序，可執(zhí)行文件分別為map_normalfile1及map_normalfile2。兩個(gè)程序通過命令行參數(shù)指定同一個(gè)文件來實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存方式的進(jìn)程間通信。map_normalfile2試圖打開命令行參數(shù)指定的一個(gè)普通文件，把該文件映射到進(jìn)程的地址空間，并對(duì)映射后的地址空間進(jìn)行寫操作。map_normalfile1把命令行參數(shù)指定的文件映射到進(jìn)程地址空間，然后對(duì)映射后的地址空間執(zhí)行讀操作。這樣，兩個(gè)進(jìn)程通過命令行參數(shù)指定同一個(gè)文件來實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存方式的進(jìn)程間通信。

下面是兩個(gè)程序代碼：

/*-------------map_normalfile2.c-----------*/

#include <sys/mman.h>

#include <sys/types.h>

#include <fcntl.h>

#include <unistd.h>

typedef struct{

char name[4];

int age;

}people;

main(int argc, char** argv) // map a normal file as shared mem:

{

int fd,i;

people *p_map;

char temp;

fd=open(argv[1],O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC,00777);

lseek(fd,sizeof(people)*5-1,SEEK_SET);

write(fd,"",1);

p_map = (people*) mmap( NULL,sizeof(people)*10,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0 );

close( fd );

temp = 'a';

for(i=0; i<10; i++)

{

     temp += 1;

     memcpy( ( *(p_map+i) ).name, &temp,2 );

     ( *(p_map+i) ).age = 20+i;

}

printf(" initialize over /n ");

sleep(10);

munmap( p_map, sizeof(people)*10 );

printf( "umap ok /n" );

}

/*-------------map_normalfile2.c-----------*/

#include <sys/mman.h>

#include <sys/types.h>

#include <fcntl.h>

#include <unistd.h>

typedef struct{

char name[4];

int age;

}people;

main(int argc, char** argv) // map a normal file as shared mem:

{

int fd,i;

people *p_map;

fd=open( argv[1],O_CREAT|O_RDWR,00777 );

p_map = (people*)mmap(NULL,sizeof(people)*10,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);

for(i = 0;i<10;i++)

{

     printf( "name: %s age %d;/n",(*(p_map+i)).name, (*(p_map+i)).age );

}

munmap( p_map,sizeof(people)*10 );

}

map_normalfile1.c首先定義了一個(gè)people數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，（在這里采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方式是因?yàn)椋蚕韮?nèi)存區(qū)的數(shù)據(jù)往往是有固定格式的，這由通信的各個(gè)進(jìn)程決定，采用結(jié)構(gòu)的方式有普遍代表性）。map_normfile1首先打開或創(chuàng)建一個(gè)文件，并把文件的長(zhǎng)度設(shè)置為5個(gè)people結(jié)構(gòu)大小。然后從mmap()的返回地址開始，設(shè)置了10個(gè)people結(jié)構(gòu)。然后，進(jìn)程睡眠10秒鐘，等待其他進(jìn)程映射同一個(gè)文件，最后解除映射。

map_normfile2.c只是簡(jiǎn)單的映射一個(gè)文件，并以people數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的格式從mmap()返回的地址處讀取10個(gè)people結(jié)構(gòu)，并輸出讀取的值，然后解除映射。

分別把兩個(gè)程序編譯成可執(zhí)行文件map_normalfile1和map_normalfile2后，在一個(gè)終端上先運(yùn)行./map_normalfile2 /tmp/test_shm，程序輸出結(jié)果如下：

initialize over

umap ok

在map_normalfile1輸出initialize over 之后，輸出umap ok之前，在另一個(gè)終端上運(yùn)行map_normalfile2 /tmp/test_shm，將會(huì)產(chǎn)生如下輸出(為了節(jié)省空間，輸出結(jié)果為稍作整理后的結(jié)果)：

name: b age 20; name: c age 21; name: d age 22; name: e age 23; name: f age 24;

name: g age 25; name: h age 26; name: I age 27; name: j age 28; name: k age 29;

在map_normalfile1 輸出umap ok后，運(yùn)行map_normalfile2則輸出如下結(jié)果：

name: b age 20; name: c age 21; name: d age 22; name: e age 23; name: f age 24;

name: age 0; name: age 0; name: age 0; name: age 0; name: age 0;

從程序的運(yùn)行結(jié)果中可以得出的結(jié)論

1、 最終被映射文件的內(nèi)容的長(zhǎng)度不會(huì)超過文件本身的初始大小，即映射不能改變文件的大小；

2、 可以用于進(jìn)程通信的有效地址空間大小大體上受限于被映射文件的大小，但不完全受限于文件大小。打開文件被截短為5個(gè)people結(jié)構(gòu)大小，而在map_normalfile1中初始化了10個(gè)people數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在恰當(dāng)時(shí)候（map_normalfile1輸出initialize over 之后，輸出umap ok之前）調(diào)用map_normalfile2會(huì)發(fā)現(xiàn)map_normalfile2將輸出全部10個(gè)people結(jié)構(gòu)的值，后面將給出詳細(xì)討論。 注：在linux中，內(nèi)存的保護(hù)是以頁(yè)為基本單位的，即使被映射文件只有一個(gè)字節(jié)大小，內(nèi)核也會(huì)為映射分配一個(gè)頁(yè)面大小的內(nèi)存。當(dāng)被映射文件小于一個(gè)頁(yè)面大小時(shí)，進(jìn)程可以對(duì)從mmap()返回地址開始的一個(gè)頁(yè)面大小進(jìn)行訪問，而不會(huì)出錯(cuò)；但是，如果對(duì)一個(gè)頁(yè)面以外的地址空間進(jìn)行訪問，則導(dǎo)致錯(cuò)誤發(fā)生，后面將進(jìn)一步描述。因此，可用于進(jìn)程間通信的有效地址空間大小不會(huì)超過文件大小及一個(gè)頁(yè)面大小的和。

3、 文件一旦被映射后，調(diào)用mmap()的進(jìn)程對(duì)返回地址的訪問是對(duì)某一內(nèi)存區(qū)域的訪問，暫時(shí)脫離了磁盤上文件的影響。所有對(duì)mmap()返回地址空間的操作只在內(nèi)存中有意義，只有在調(diào)用了munmap()后或者msync()時(shí)，才把內(nèi)存中的相應(yīng)內(nèi)容寫回磁盤文件，所寫內(nèi)容仍然不能超過文件的大小。

范例2：父子進(jìn)程通過匿名映射實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存

#include <sys/mman.h>

#include <sys/types.h>

#include <fcntl.h>

#include <unistd.h>

typedef struct{

char name[4];

int age;

}people;

main(int argc, char** argv)

{

int i;

people *p_map;

char temp;

p_map=(people*)mmap(NULL,sizeof(people)*10,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1,0);

if(fork() == 0)

{

     sleep(2);

     for(i = 0;i<5;i++)

          printf("child read: the %d people's age is %d/n",i+1,(*(p_map+i)).age);

     (*p_map).age = 100;

     munmap(p_map,sizeof(people)*10); //實(shí)際上，進(jìn)程終止時(shí)，會(huì)自動(dòng)解除映射。

     exit();

}

temp = 'a';

for(i = 0;i<5;i++)

{

     temp += 1;

     memcpy((*(p_map+i)).name, &temp,2);

     (*(p_map+i)).age=20+i;

}

sleep(5);

printf( "parent read: the first people,s age is %d/n",(*p_map).age );

printf("umap/n");

munmap( p_map,sizeof(people)*10 );

printf( "umap ok/n" );

}

考察程序的輸出結(jié)果，體會(huì)父子進(jìn)程匿名共享內(nèi)存：

child read: the 1 people's age is 20

child read: the 2 people's age is 21

child read: the 3 people's age is 22

child read: the 4 people's age is 23

child read: the 5 people's age is 24

parent read: the first people,s age is 100

umap

umap ok

四、對(duì)mmap()返回地址的訪問

前面對(duì)范例運(yùn)行結(jié)構(gòu)的討論中已經(jīng)提到，linux采用的是頁(yè)式管理機(jī)制。對(duì)于用mmap()映射普通文件來說，進(jìn)程會(huì)在自己的地址空間新增一塊空間，空間大小由mmap()的len參數(shù)指定，注意，進(jìn)程并不一定能夠?qū)θ啃略隹臻g都能進(jìn)行有效訪問。進(jìn)程能夠訪問的有效地址大小取決于文件被映射部分d Settings/dangxin/My Documents/My Pictures/jincheng.JPG的大小。簡(jiǎn)單的說，能夠容納文件被映射部分大小的最少頁(yè)面?zhèn)€數(shù)決定了進(jìn)程從mmap()返回的地址開始，能夠有效訪問的地址空間大小。超過這個(gè)空間大小，內(nèi)核會(huì)根據(jù)超過的嚴(yán)重程度返回發(fā)送不同的信號(hào)給進(jìn)程。可用如下圖示說明：

注意：文件被映射部分而不是整個(gè)文件決定了進(jìn)程能夠訪問的空間大小，另外，如果指定文件的偏移部分，一定要注意為頁(yè)面大小的整數(shù)倍。下面是對(duì)進(jìn)程映射地址空間的訪問范例：

#include <sys/mman.h>

#include <sys/types.h>

#include <fcntl.h>

#include <unistd.h>

typedef struct{

char name[4];

int age;

}people;

main(int argc, char** argv)

{

int fd,i;

int pagesize,offset;

people *p_map;

pagesize = sysconf(_SC_PAGESIZE);

printf("pagesize is %d/n",pagesize);

fd = open(argv[1],O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC,00777);

lseek(fd,pagesize*2-100,SEEK_SET);

write(fd,"",1);

offset = 0;

//此處offset = 0編譯成版本；offset = pagesize編譯成版本

p_map = (people*)mmap(NULL,pagesize*3,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,offset);

close(fd);

for(i = 1; i<10; i++)

{

     (*(p_map+pagesize/sizeof(people)*i-2)).age = 100;

     printf("access page %d over/n",i);

     (*(p_map+pagesize/sizeof(people)*i-1)).age = 100;

     printf("access page %d edge over, now begin to access page %d/n",i, i+1);

     (*(p_map+pagesize/sizeof(people)*i)).age = 100;

     printf("access page %d over/n",i+1);

}

munmap(p_map,sizeof(people)*10);

}

如程序中所注釋的那樣，把程序編譯成兩個(gè)版本，兩個(gè)版本主要體現(xiàn)在文件被映射部分的大小不同。文件的大小介于一個(gè)頁(yè)面與兩個(gè)頁(yè)面之間（大小為：pagesize*2-99），版本1的被映射部分是整個(gè)文件，版本2的文件被映射部分是文件大小減去一個(gè)頁(yè)面后的剩余部分，不到一個(gè)頁(yè)面大小(大小為：pagesize-99)。程序中試圖訪問每一個(gè)頁(yè)面邊界，兩個(gè)版本都試圖在進(jìn)程空間中映射pagesize*3的字節(jié)數(shù)。

版本1的輸出結(jié)果如下：

pagesize is 4096

access page 1 over

access page 1 edge over, now begin to access page 2

access page 2 over

access page 2 over

access page 2 edge over, now begin to access page 3

Bus error //被映射文件在進(jìn)程空間中覆蓋了兩個(gè)頁(yè)面，此時(shí)，進(jìn)程試圖訪問第三個(gè)頁(yè)面

版本2的輸出結(jié)果如下：

pagesize is 4096

access page 1 over

access page 1 edge over, now begin to access page 2

Bus error  //被映射文件在進(jìn)程空間中覆蓋了一個(gè)頁(yè)面，此時(shí)，進(jìn)程試圖訪問第二個(gè)頁(yè)面

結(jié)論：采用系統(tǒng)調(diào)用mmap()實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信是很方便的，在應(yīng)用層上接口非常簡(jiǎn)潔。內(nèi)部實(shí)現(xiàn)機(jī)制區(qū)涉及到了linux存儲(chǔ)管理以及文件系統(tǒng)等方面的內(nèi)容，可以參考一下相關(guān)重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來加深理解。