Linux环境进程间通信(五)：_共享内存(上)
linux操作系统的结构及详细说明
linux操作系统的结构及详细说明linux的操作系统的结构你了解多少呢?下面由店铺为大家整理了linux操作系统的结构及详细说明的相关知识，希望对大家有帮助!linux操作系统的结构及详细说明：一、 linux内核内核是操作系统的核心，具有很多最基本功能，它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。
Linux 内核由如下几部分组成：内存管理、进程管理、设备驱动程序、文件系统和网络管理等。
系统调用接口：SCI 层提供了某些机制执行从用户空间到内核的函数调用。
这个接口依赖于体系结构，甚至在相同的处理器家族内也是如此。
SCI 实际上是一个非常有用的函数调用多路复用和多路分解服务。
在 ./linux/kernel 中您可以找到 SCI 的实现，并在 ./linux/arch 中找到依赖于体系结构的部分。
1. 内存管理对任何一台计算机而言，其内存以及其它资源都是有限的。
为了让有限的物理内存满足应用程序对内存的大需求量，Linux 采用了称为“虚拟内存”的内存管理方式。
Linux 将内存划分为容易处理的“内存页”(对于大部分体系结构来说都是 4KB)。
Linux 包括了管理可用内存的方式，以及物理和虚拟映射所使用的硬件机制。
不过内存管理要管理的可不止 4KB 缓冲区。
Linux 提供了对 4KB 缓冲区的抽象，例如 slab 分配器。
这种内存管理模式使用 4KB 缓冲区为基数，然后从中分配结构，并跟踪内存页使用情况，比如哪些内存页是满的，哪些页面没有完全使用，哪些页面为空。
这样就允许该模式根据系统需要来动态调整内存使用。
为了支持多个用户使用内存，有时会出现可用内存被消耗光的情况。
由于这个原因，页面可以移出内存并放入磁盘中。
这个过程称为交换，因为页面会被从内存交换到硬盘上。
内存管理的源代码可以在 ./linux/mm 中找到。
2 .进程管理进程实际是某特定应用程序的一个运行实体。
进程间通信的几种方法
进程间通信的几种方法进程间通信是计算机系统中一种非常常见的需求，它允许多个进程在不同的地址空间中共享资源，实现信息的共享以及通信。
在计算机系统中，进程间通信的方法会根据使用的网络类型以及网络的连接有所不同。
对于进程间通信的方法，一般可以分为以下几种：（一）共享内存共享内存是一种最简单的进程间通信的方式，也是当今使用最为普遍的进程间通信方法。
在此方法中，多个进程可以访问共享内存区域，这样它们就可以直接在内存中进行通信，而且支持多个进程同时读取和写入内存中的数据，能满足多样化的通信需求，从而提高了系统的效率。
但是，由于这种方法不能实现两个进程之间的“双向”通信，因此它只能适用于一些特定的应用场景，而不能满足一般的进程间通信需求。
（二）消息传递消息传递是进程之间通信的常见方法，它允许两个进程之间进行双向通信，同时还能可靠地传输数据。
在消息传递中，多个进程可以通过将自己的传输内容发送到指定的消息服务器来实现进程间通信。
消息服务器会将这些内容发送到另一个进程，以便双方进行通信。
简单的消息传递本质上是一种客户端/服务器架构，而处理多个进程之间的通信时，可以使用一种名为“发布/订阅”的模型。
在这种模型中，发送者会将消息（即发布）发布到消息服务器上，而接收者（即订阅）可以订阅消息服务器上的那些发布消息。
（三）管道（PIPES）管道是另一种常用的进程间通信模式，它可以实现进程间的双向通信。
在管道模式中，多个进程共享一个双向管道，它们可以在这个双向管道上进行双向通信，也就是说，管道的一端可以用来发送数据，另一端可以用来接收数据。
与消息传递不同，管道不需要使用额外的服务器，因此它可以更快地传输数据，但是它也有很大的局限性，无法跨越网络，仅限于同一台机器上的多个进程之间的通信。
（四）信号量信号量是一种重要的进程间通信机制，它可以用来实现同步和互斥操作，使多个进程都能够按照规定的方式来完成工作，从而实现协作和通信。
信号量原理是通过一个数值来控制多个进程对共享资源的访问，当这个数值为正时，它允许多个进程访问共享资源，当这个数值为0时，它就不允许多个进程访问共享资源。
linux线程间通信方式
linux线程间通信方式
Linux 线程间通信方式包括以下几种：
1. 管道通信：管道是一种半双工的通信方式，只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信，父进程创建管道，在进程间传递数据。
2. 信号通信：信号是一种异步通信方式，在进程之间传递简单的信息。
一个进程向另一个进程发送一个信号，另一个进程收到信号后就可以采取相应的操作。
3. 共享内存通信：共享内存是最快的进程间通信方式，可以将内存区域映射到多个进程的地址空间中，实现进程间数据的共享。
需要注意解决信号量、锁等同步问题。
4. 信号量通信：信号量是一种计数器，用来协调多个进程对共享资源的访问。
多个进程需要对信号量进行操作，以实现对共享资源的访问控制。
5. 消息队列通信：消息队列是一种通过消息传递来进行通信的机制，可以在进程之间传递数据块，通常用于进程间的同步和异步通信。
6. 套接字通信：套接字是基于网络通信的一种进程间通信方式，可用于同一主机上进程间通信，也可以在不同主机之间通信。
套接字是基于 TCP/IP 协议栈实现的，需要在数据传输时注意网络传输和数据结构转换等问题。
以上是 Linux 线程间通信的主要方式，开发者可以根据不同的需求和场景选择合适的方式。
linux下共享内存
Linux下共享内存SUNNY.MAN共享内存允许两个或多个进程进程共享同一块内存(这块内存会映射到各个进程自己独立的地址空间) 从而使得这些进程可以相互通信,进程退出时会自动和已经挂接的共享内存区段分离，但是仍建议当进程不再使用共享区段时调用shmdt来卸载区段。
注意，当一个进程分支出父进程和子进程时，父进程先前创建的所有共享内存区段都会被子进程继承。
如果区段已经做了删除标记(在前面以IPC_RMID指令调用shmctl)，而当前挂接数已经变为0，这个区段就会被移除。
Linux中通过API函数shmget创建的共享内存一般都是在程序中使用shmctl来释放的，但是有时为了调试程序，开发人员可能通过Ctrl + C等方式发送中断信号来结束程序，此时程序申请的共享内存就不能得到释放，当然如果程序没有改动的话，重新运行程序时仍然会使用上次申请的共享内存，但是如果我们修改了程序，由于共享内存的大小不一致等原因会导致程序申请共享内存错误。
因此，我们总是希望每次结束时就能释放掉申请的共享内存。
有两种方法可以用来释放共享内存：第一种：如果总是通过Crtl+C来结束的话，可以做一个信号处理器，当接收到这个信号的时候，先释放共享内存，然后退出程序。
第二种：不管你以什么方式结束程序，如果共享内存还是得不到释放，那么可以通过linux命令ipcrm shm shmid来释放，在使用该命令之前可以通过ipcs -m命令来查看共享内存。
共享内存查看使用ipcs命令，不加如何参数时，会把共享内存、信号量、消息队列的信息都打印出来，如果只想显示共享内存信息，使用如下命令：[root@localhost ~]# ipcs –m同样共享内存的大小也可以用ipcs –lm来查看它的上限下限。
shmget( ) 创建一个新的共享内存区段取得一个共享内存区段的描述符shmctl( ) 取得一个共享内存区段的信息为一个共享内存区段设置特定的信息移除一个共享内存区段shmat( ) 挂接一个共享内存区段shmdt( ) 于一个共享内存区段的分离同样共享内存的大小也可以用ipcs –lm来查看它的上限下限。
进程间的八种通信方式----共享内存是最快的IPC方式
进程间的⼋种通信⽅式----共享内存是最快的IPC⽅式
1.⽆名管道( pipe )：管道是⼀种半双⼯的通信⽅式，数据只能单向流动，⽽且只能在具有亲缘关系的进程间使⽤。
进程的亲缘关系通常是指⽗⼦进程关系。
2.⾼级管道(popen)：将另⼀个程序当做⼀个新的进程在当前程序进程中启动，则它算是当前程序的⼦进程，这种⽅式我们成为⾼级管道⽅式。
3.有名管道 (named pipe) ：有名管道也是半双⼯的通信⽅式，但是它允许⽆亲缘关系进程间的通信。
4.消息队列( message queue ) ：消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。
消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载⽆格式字节流以及缓冲区⼤⼩受限等缺点。
5.信号量( semophore ) ：信号量是⼀个计数器，可以⽤来控制多个进程对共享资源的访问。
它常作为⼀种锁机制，防⽌某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。
因此，主要作为进程间以及同⼀进程内不同线程之间的同步⼿段。
6.信号 ( sinal ) ：信号是⼀种⽐较复杂的通信⽅式，⽤于通知接收进程某个事件已经发⽣。
7.共享内存( shared memory ) ：共享内存就是映射⼀段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由⼀个进程创建，但多个进程都可以访问。
共享内存是最快的 IPC ⽅式，它是针对其他进程间通信⽅式运⾏效率低⽽专门设计的。
它往往与其他通信机制，如信号两，配合使⽤，来实现进程间的同步和通信。
8.套接字( socket ) ：套解字也是⼀种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可⽤于不同机器间的进程通信。
消息队列和共享内存的进程通信机制
消息队列和共享内存的进程通信机制
进程间通信是操作系统中非常重要的一部分，因为不同的进程可能需要相互交流信息，共同完成某项任务。
在进程间通信的机制中，消息队列和共享内存是两种常见的方式。
消息队列是一种进程间通信的方式，它是一种先进先出的数据结构，可以用来存储不同进程之间传递的消息。
消息队列有一个消息缓冲区，不同的进程可以向缓冲区中发送消息，并从中接收消息。
发送消息时需要指定消息类型，接收消息时可以选择接收指定类型的消息或者接收所有类型的消息。
共享内存是另一种进程间通信的方式，它是一种可以被多个进程访问的内存区域。
多个进程可以在共享内存中读取和写入数据，这样就可以实现进程间的数据共享和交流。
共享内存的使用需要注意进程同步和互斥的问题，否则可能会导致数据不一致或者错误。
消息队列和共享内存都是进程间通信的有效方式，但是它们各自有自己的优点和缺点。
消息队列适用于进程之间需要传递一些简单的消息，而共享内存适用于需要共享一些复杂的数据结构和大量数据的情况。
选择合适的通信机制可以提高程序的效率和可靠性。
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linux进程间通讯的几种方式的特点和优缺点
linux进程间通讯的几种方式的特点和优缺点Linux进程间通讯的方式有多种，其优缺点也不尽相同，接受者依赖发送者之时间特性可承载其优端。
下面就讨论几种典型的方式：1、管道（Pipe）：是比较传统的方式，管道允许信息在不同进程之间传送，由一端输入，另一端输出，提供全双工式劝劝信息传送，除此之外，伺服端也可以将其服务转换为管道，例如说Web服务程序。
管道的优点：简单易懂、可靠、灵活、容易管理，可以控制发送端和接收端的信息流量。
管道的缺点：线程之间的信息量不能太大，也只能在本机上使用，不能通过网络发送信息。
2、消息队列（Message queue）：消息队列主要应用在大型网络中，支持多种消息队列协议，广泛用于在远程机器上的进程间的交互、管理进程间的数据和同步问题。
消息队列的优点：主要优点是这种方式可以将消息发送给接收端，然后接收端可以从距离发送端远的地方网络上接收消息，通过消息队列可以较好的管理和控制进程间的数据流量和同步问题。
消息队列的缺点：缺点是消息队里的管理复杂，并且有一定的延迟，而且它使用时应避免共享内存，对于多处理器和跨网络环境， TCP 传输数据时也比不上消息队列的传输效率高。
3、共享内存（Share Memory）：是最高效的进程间通信方式，也是最常用的，它使进程在通信时共享一个存储地址，双方都可以以该存储地址作为参数进行读写操作。
共享内存的优点：实现高性能，数据同步操作快、数据可以高速传输，可以解决多处理器以及跨网络环境的通信。
共享内存的缺点：由于进程间直接使用物理内存，没有任何保护，所需要使用较复杂的同步机制来完成数据的可靠传输。
总的来说，每种进程通讯方式都有各自的优缺点，不同的系统需求也许需要多种方案的相互配合才能有效的处理系统间通信的问题。
系统设计者应根据具体系统需求，选择合适的进程通信方式来实现更好的进程间通信。
简述linux中进程间各种通信方式特点
简述linux中进程间各种通信方式特点Linux中进程间通信方式有多种，包括管道，命名管道，消息队列，信号量，共享内存和套接字。
每种通信方式都有自己的特点和适用场景。
一、管道1. 特点：- 管道是最简单的进程间通信方式之一，只能用于具有父子关系的进程间通信。
- 管道是一个单向通道，数据只能在一个方向上流动。
- 管道的容量有限，在写度满之前，读进程阻塞；在读度空之前，写进程阻塞。
2. 使用场景：- 父子进程之间需要进行简单的数据传输。
二、命名管道1. 特点：- 命名管道是一种特殊类型的文件，可以实现不相关进程的通信。
- 命名管道是半双工的，只能在一个方向上传输数据。
- 命名管道是顺序读写的，进程可以按照顺序读取其中的数据。
2. 使用场景：- 不相关的进程需要进行数据传输。
- 需要按照顺序进行传输的场景。
三、消息队列1. 特点：- 消息队列是一组消息的链表，具有特定的格式和标识符。
- 消息队列独立于发送和接收进程的生命周期，可以实现不相关进程间的通信。
- 消息队列可以根据优先级进行消息的传输。
2. 使用场景：- 需要实现进程间相对复杂的数据传输。
- 数据传输具有优先级。
四、信号量1. 特点：- 信号量是一个计数器，用于实现多个进程之间的互斥和同步。
- 信号量有一个整数值，只能通过定义的操作进行访问。
- 信号量可以用于控制临界区的访问次数。
2. 使用场景：- 多个进程需要共享公共资源。
- 需要进行互斥和同步操作。
五、共享内存1. 特点：- 共享内存是一块可以被多个进程共同访问的内存区域。
- 共享内存是最快的进程间通信方式，因为数据不需要在进程之间拷贝。
- 共享内存需要通过同步机制（如信号量）进行互斥访问。
2. 使用场景：- 需要高效地进行大量数据传输。
- 数据读写频繁，需要最小化数据拷贝的开销。
六、套接字1. 特点：- 套接字是一种网络编程中常用的进程间通信方式。
- 套接字支持不同主机上的进程进行通信。
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Linux环境进程间通信（五）：共享内存（上）共享内存可以说是最有用的进程间通信方式，也是最快的IPC形式。
两个不同进程A、B共享内存的意思是，同一块物理内存被映射到进程A、B各自的进程地址空间。
进程A可以即时看到进程B对共享内存中数据的更新，反之亦然。
由于多个进程共享同一块内存区域，必然需要某种同步机制，互斥锁和信号量都可以。
采用共享内存通信的一个显而易见的好处是效率高，因为进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝。
对于像管道和消息队列等通信方式，则需要在内核和用户空间进行四次的数据拷贝，而共享内存则只拷贝两次数据[1]：一次从输入文件到共享内存区，另一次从共享内存区到输出文件。
实际上，进程之间在共享内存时，并不总是读写少量数据后就解除映射，有新的通信时，再重新建立共享内存区域。
而是保持共享区域，直到通信完毕为止，这样，数据内容一直保存在共享内存中，并没有写回文件。
共享内存中的内容往往是在解除映射时才写回文件的。
因此，采用共享内存的通信方式效率是非常高的。
Linux的2.2.x内核支持多种共享内存方式，如mmap()系统调用，Posix共享内存，以及系统V共享内存。
linux发行版本如Redhat 8.0支持mmap()系统调用及系统V共享内存，但还没实现Posix共享内存，本文将主要介绍mmap()系统调用及系统V共享内存API的原理及应用。
一、内核怎样保证各个进程寻址到同一个共享内存区域的内存页面1、page cache及swap cache中页面的区分：一个被访问文件的物理页面都驻留在page cache或swap cache 中，一个页面的所有信息由struct page来描述。
struct page中有一个域为指针mapping ，它指向一个struct address_space类型结构。
page cache或swap cache中的所有页面就是根据address_space结构以及一个偏移量来区分的。
2、文件与address_space结构的对应：一个具体的文件在打开后，内核会在内存中为之建立一个struct inode结构，其中的i_mapping域指向一个address_space结构。
这样，一个文件就对应一个address_space 结构，一个address_space与一个偏移量能够确定一个page cache 或swap cache中的一个页面。
因此，当要寻址某个数据时，很容易根据给定的文件及数据在文件内的偏移量而找到相应的页面。
3、进程调用mmap()时，只是在进程空间内新增了一块相应大小的缓冲区，并设置了相应的访问标识，但并没有建立进程空间到物理页面的映射。
因此，第一次访问该空间时，会引发一个缺页异常。
4、对于共享内存映射情况，缺页异常处理程序首先在swap cache中寻找目标页（符合address_space以及偏移量的物理页），如果找到，则直接返回地址；如果没有找到，则判断该页是否在交换区(swap area)，如果在，则执行一个换入操作；如果上述两种情况都不满足，处理程序将分配新的物理页面，并把它插入到page cache中。
进程最终将更新进程页表。
注：对于映射普通文件情况（非共享映射），缺页异常处理程序首先会在page cache中根据address_space 以及数据偏移量寻找相应的页面。
如果没有找到，则说明文件数据还没有读入内存，处理程序会从磁盘读入相应的页面，并返回相应地址，同时，进程页表也会更新。
5、所有进程在映射同一个共享内存区域时，情况都一样，在建立线性地址与物理地址之间的映射之后，不论进程各自的返回地址如何，实际访问的必然是同一个共享内存区域对应的物理页面。
注：一个共享内存区域可以看作是特殊文件系统shm中的一个文件，shm的安装点在交换区上。
上面涉及到了一些数据结构，围绕数据结构理解问题会容易一些。
二、mmap()及其相关系统调用mmap()系统调用使得进程之间通过映射同一个普通文件实现共享内存。
普通文件被映射到进程地址空间后，进程可以向访问普通内存一样对文件进行访问，不必再调用read()，write（）等操作。
注：实际上，mmap()系统调用并不是完全为了用于共享内存而设计的。
它本身提供了不同于一般对普通文件的访问方式，进程可以像读写内存一样对普通文件的操作。
而Posix或系统V的共享内存IPC则纯粹用于共享目的，当然mmap()实现共享内存也是其主要应用之一。
1、mmap()系统调用形式如下：void* mmap ( void * addr , size_t len , int prot , int flags , int fd , off_t offset )参数fd为即将映射到进程空间的文件描述字，一般由open()返回，同时，fd可以指定为-1，此时须指定flags参数中的MAP_ANON，表明进行的是匿名映射（不涉及具体的文件名，避免了文件的创建及打开，很显然只能用于具有亲缘关系的进程间通信）。
len是映射到调用进程地址空间的字节数，它从被映射文件开头offset个字节开始算起。
prot 参数指定共享内存的访问权限。
可取如下几个值的或：PROT_READ（可读） , PROT_WRITE （可写）, PROT_EXEC （可执行）, PROT_NONE（不可访问）。
flags由以下几个常值指定：MAP_SHARED , MAP_PRIVATE , MAP_FIXED，其中，MAP_SHARED , MAP_PRIVATE必选其一，而MAP_FIXED 则不推荐使用。
offset参数一般设为0，表示从文件头开始映射。
参数addr指定文件应被映射到进程空间的起始地址，一般被指定一个空指针，此时选择起始地址的任务留给内核来完成。
函数的返回值为最后文件映射到进程空间的地址，进程可直接操作起始地址为该值的有效地址。
这里不再详细介绍mmap()的参数，读者可参考mmap()手册页获得进一步的信息。
2、系统调用mmap()用于共享内存的两种方式：（1）使用普通文件提供的内存映射：适用于任何进程之间；此时，需要打开或创建一个文件，然后再调用mmap()；典型调用代码如下：fd=open(name, flag, mode);if(fd<0)...ptr=mmap(NULL, len , PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED , fd , 0); 通过mmap()实现共享内存的通信方式有许多特点和要注意的地方，我们将在范例中进行具体说明。
（2）使用特殊文件提供匿名内存映射：适用于具有亲缘关系的进程之间；由于父子进程特殊的亲缘关系，在父进程中先调用mmap()，然后调用fork()。
那么在调用fork()之后，子进程继承父进程匿名映射后的地址空间，同样也继承mmap()返回的地址，这样，父子进程就可以通过映射区域进行通信了。
注意，这里不是一般的继承关系。
一般来说，子进程单独维护从父进程继承下来的一些变量。
而mmap()返回的地址，却由父子进程共同维护。
对于具有亲缘关系的进程实现共享内存最好的方式应该是采用匿名内存映射的方式。
此时，不必指定具体的文件，只要设置相应的标志即可，参见范例2。
3、系统调用munmap()int munmap( void * addr, size_t len )该调用在进程地址空间中解除一个映射关系，addr是调用mmap()时返回的地址，len是映射区的大小。
当映射关系解除后，对原来映射地址的访问将导致段错误发生。
4、系统调用msync()int msync ( void * addr , size_t len, int flags)一般说来，进程在映射空间的对共享内容的改变并不直接写回到磁盘文件中，往往在调用munmap（）后才执行该操作。
可以通过调用msync()实现磁盘上文件内容与共享内存区的内容一致。
三、mmap()范例下面将给出使用mmap()的两个范例：范例1给出两个进程通过映射普通文件实现共享内存通信；范例2给出父子进程通过匿名映射实现共享内存。
系统调用mmap()有许多有趣的地方，下面是通过mmap（）映射普通文件实现进程间的通信的范例，我们通过该范例来说明mmap()实现共享内存的特点及注意事项。
范例1：两个进程通过映射普通文件实现共享内存通信范例1包含两个子程序：map_normalfile1.c及map_normalfile2.c。
编译两个程序，可执行文件分别为map_normalfile1及map_normalfile2。
两个程序通过命令行参数指定同一个文件来实现共享内存方式的进程间通信。
map_normalfile2试图打开命令行参数指定的一个普通文件，把该文件映射到进程的地址空间，并对映射后的地址空间进行写操作。
map_normalfile1把命令行参数指定的文件映射到进程地址空间，然后对映射后的地址空间执行读操作。
这样，两个进程通过命令行参数指定同一个文件来实现共享内存方式的进程间通信。
下面是两个程序代码：/*-------------map_normalfile1.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首先定义了一个people数据结构，（在这里采用数据结构的方式是因为，共享内存区的数据往往是有固定格式的，这由通信的各个进程决定，采用结构的方式有普遍代表性）。