Posted on 2012-12-18 13:58
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linux進程通信專題
轉自http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/index.html，作者：鄭彥興
序
linux下的進程通信手段基本上是從Unix平臺上的進程通信手段繼承而來的。而對Unix發展做出重大貢獻的兩大主力 AT&T的貝爾實驗室及BSD（加州大學伯克利分校的伯克利軟件發布中心）在進程間通信方面的側重點有所不同。前者對Unix早期的進程間通信手 段進行了系統的改進和擴充，形成了“system V IPC”，通信進程局限在單個計算機內；后者則跳過了該限制，形成了基于套接口（socket）的進程間通信機制。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；System V IPC包括：System V消息隊列、System V信號燈、System V共享內存區；Posix IPC包括： Posix消息隊列、Posix信號燈、Posix共享內存區。有兩點需要簡單說明一下：1）由于Unix版本的多樣性，電子電氣工程協會（IEEE）開 發了一個獨立的Unix標準，這個新的ANSI Unix標準被稱為計算機環境的可移植性操作系統界面（PSOIX）。現有大部分Unix和流行版本都是遵循POSIX標準的，而Linux從一開始就遵 循POSIX標準；2）BSD并不是沒有涉足單機內的進程間通信（socket本身就可以用于單機內的進程間通信）。事實上，很多Unix版本的單機 IPC留有BSD的痕跡，如4.4BSD支持的匿名內存映射、4.3+BSD對可靠信號語義的實現等等。
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的各個版本的情況下，所有問題的討論最終都會歸結到 Linux環境下的進程間通信上來。并且，對于Linux所支持通信手段的不同實現版本（如對于共享內存來說，有Posix共享內存區以及System V共享內存區兩個實現版本），將主要介紹Posix API。
linux下進程間通信的幾種主要手段簡介：
- 管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用于具有親緣關系進程間的通信，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，它還允許無親緣關系進程間的通信；
- 信號（Signal）：信號是比較復雜的通信方式，用于通知接受進程有某種事件發生，除了用于進程間通信外，進程還可以發送信號 給進程本身；linux除了支持Unix早期信號語義函數sigal外，還支持語義符合Posix.1標準的信號函數sigaction（實際上，該函數 是基于BSD的，BSD為了實現可靠信號機制，又能夠統一對外接口，用sigaction函數重新實現了signal函數）；
- 報文（Message）隊列（消息隊列）：消息隊列是消息的鏈接表，包括Posix消息隊列system V消息隊列。有足夠權限的進程可以向隊列中添加消息，被賦予讀權限的進程則可以讀走隊列中的消息。消息隊列克服了信號承載信息量少，管道只能承載無格式字 節流以及緩沖區大小受限等缺點。
- 共享內存：使得多個進程可以訪問同一塊內存空間，是最快的可用IPC形式。是針對其他通信機制運行效率較低而設計的。往往與其它通信機制，如信號量結合使用，來達到進程間的同步及互斥。
- 信號量（semaphore）：主要作為進程間以及同一進程不同線程之間的同步手段。
- 套接口（Socket）：更為一般的進程間通信機制，可用于不同機器之間的進程間通信。起初是由Unix系統的BSD分支開發出來的，但現在一般可以移植到其它類Unix系統上：Linux和System V的變種都支持套接字。
下面將對上述通信機制做具體闡述。
附1：參考文獻[2]中對linux環境下的進程進行了概括說明：
一般來說，linux下的進程包含以下幾個關鍵要素：
- 有一段可執行程序；
- 有專用的系統堆棧空間；
- 內核中有它的控制塊（進程控制塊），描述進程所占用的資源，這樣，進程才能接受內核的調度；
- 具有獨立的存儲空間
進程和線程有時候并不完全區分，而往往根據上下文理解其含義。
參考資料
- UNIX環境高級編程，作者：W.Richard Stevens，譯者：尤晉元等，機械工業出版社。具有豐富的編程實例，以及關鍵函數伴隨Unix的發展歷程。
- linux內核源代碼情景分析（上、下），毛德操、胡希明著，浙江大學出版社，提供了對linux內核非常好的分析，同時，對一些關鍵概念的背景進行了詳細的說明。
- UNIX網絡編程第二卷：進程間通信，作者：W.Richard Stevens，譯者：楊繼張，清華大學出版社。一本比較全面闡述Unix環境下進程間通信的書（沒有信號和套接口，套接口在第一卷中）。