第七讲+进程间通信
进程间通信(补充材料)
• msgp //用来存放欲接收消息的用户数据结构的地址
• size //指示msgp中数据数组的大小
• type //为0接收该队列的第一个消息；为正，接收类型为 type的第一个消息；为负，接收小于或等于type绝对值 的最低类型的第一个消息
• flag //规定倘若该队列无消息，核心应当做什么事。若设 置 IPC_NOWAIT ， 则 立 即 返 回 ； 若 在 flag 中 设 置 MSG_NOERROR，且所接收的消息大学大于size，核心 截断所接收的消息。
1. Linux的共享存储区
• 创建或打开共享存储区(shmget)：依据用户给出的整数值key， 创建新区或打开现有区，返回一个共享存储区ID。
• 连接共享存储区(shmat)：连接共享存储区到本进程的地址空间， 可以指定虚拟地址或由系统分配，返回共享存储区首地址。父 进程已连接的共享存储区可被fork创建的子进程继承。
• 拆除共享存储区连接(shmdt)：拆除共享存储区与本进程地址空 间的连接。
• 共享存储区控制(shmctl)：对共享存储区进行控制。如：共享存 储区的删除需要显式调用shmctl(shmid, IPC_RMID, 0)；
• 头文件：sys/types.h, /sys/ipc.h, sys/shm.h
• flag // 本 身 由 操 作 允 许 权 和 控 制 命 令 值 相
“或”得到，如：IPC_CREAT|0400表示是否
该队列应被创建，IPC_EXCL|0400表示该队
列的创建应是互斥的。
• msgqid是该系统调用返回的描述符，失败则 返回－1
int msgsnd(int id, struct msgbuf *msgp,
进程间通信
进程间通信一：【进程间通信简介】进程间通信(I P C)用于处理一个多进程系统中各个进程之间的协调。
所谓进程间通信就是指多个进程之间相互通信、交换信息的方法。
二：【进程间通信方法】一般分为七种：共享内存、信号量、管道、命名管道、消息队列、套接口、全双工管道。
三：【主要通信方法简介及实例】【1】共享内存：共享内存是l i n u x中最底层、最快速的通信机制，与信号量同属于系统V（S Y S T E M V=S Y S V）子系统进程间通信机制。
其原理是通过两个或多个进程共享同一块内存区域来实现进程间通信。
范例：v i t e s t w r i t e.c#i n c l u d e<s y s/i p c.h>#i n c l u d e<s y s/s h m.h>#i n c l u d e<s y s/t y p e s.h>#i n c l u d e<u n i s t d.h>t y p e d e f s t r u c t{c h a r n a m e[4];i n t a g e;m a i n(i n t a r g c,c h a r**a r g v){i n t s h m_i d,i;k e y_t k e y;c h a r t e m p;p e o p l e*p_m a p;c h a r*n a m e="/de v/s h m/m y s h m2";k e y=f t o k(n a m e,0);i f(k e y==-1)p e r r o r("f t o k e r r o r");s h m_i d=s h m g e t(k e y,4096,I P C_C R E A T);i f(s h m_i d==-1){p e r r o r("s h m g e t e r r o r");r e t u r n;}p_m a p=(p e o p l e*)s h m a t(s h m_i d,N U L L,0);t e m p='a';f o r(i=0;i<10;i++)t e m p+=1;m e m c p y((*(p_m a p+i)).n a m e,&t e m p,1);(*(p_m a p+i)).a g e=20+i;}i f(s h m d t(p_m a p)==-1)p e r r o r("d e t a c h e r r o r");}V i t e s t r e a d.c#i n c l u d e<s y s/i p c.h>#i n c l u d e<s y s/s h m.h>#i n c l u d e<s y s/t y p e s.h>#i n c l u d e<u n i s t d.h>t y p e d e f s t r u c t{c h a r n a m e[4];i n t a g e;}p e o p l e;m a i n(i n t a r g c,c h a r**a r g v){i n t s h m_i d,i;k e y_t k e y;p e o p l e*p_m a p;c h a r*n a m e="/de v/s h m/m y s h m2";k e y=f t o k(n a m e,0);i f(k e y==-1)p e r r o r("f t o k e r r o r");s h m_i d=s h m g e t(k e y,4096,I P C_C R E A T);i f(s h m_i d==-1){p e r r o r("s h m g e t e r r o r");r e t u r n;}p_m a p=(p e o p l e*)s h m a t(s h m_i d,N U L L,0);f o r(i=0;i<10;i++){p r i n t f("n a m e:%s\n",(*(p_m a p+i)).n a m e);p r i n t f("a g e%d\n",(*(p_m a p+i)).a g e);}i f(s h m d t(p_m a p)==-1)p e r r o r("d e t a c h e r r o r");}testwrite.c创建一个系统V共享内存区，并在其中写入格式化数据；testread.c访问同一个系统V共享内存区，读出其中的格式化数据。
linux进程间通信PPT课件
2
.
linux进程间通信（IPC）由以下几部分发展而来：
早期UNIX进程间通信、基于System V进程间通信、 基于Socket进程间通信和POSIX进程间通信。
UNIX进程间通信方式包括：管道、FIFO、信号。
System V进程间通信方式包括：System V消息队 列、System V信号灯、System V共享内存。
普通的Linux shell都允许重定向，而重定向使用的就是 管道。例如：
ps | grep vsftpd
管道是单向的、先进先出的、无结构的、固定大小的字 节流，它把一个进程的标准输出和另一个进程的标准输入 连接在一起。写进程在管道的尾端写入数据，读进程在管 道的首端读出数据。数据读出后将从管道中移走，其它读 进程都不能再读到这些数据。管道提供了简单的流控制机 制。进程试图读空管道时，在有数据写入管道前，进程将 一直阻塞。同样，管道已经满时，进程再试图写管道，在 其它进程从管道中移走数据之前，写进程将一直阻塞。
if((fp=popen(cmd,"r"))==NULL)
perror("popen");
while((fgets(buf,BUFSIZE,fp))!=NULL)
POSIX进程间通信包括：posix消息队列、posix信 号灯、posix共享内存。
3
.
现在linux使用的进程间通信方式： （1）管道（pipe）和有名管道（FIFO） （2）信号（signal） （3）消息队列 （4）共享内存 （5）信号量 （6）套接字（socket）
4
.
2、管道通信
必须在系统调用fork( )中调用pipe( )，否则子进 程将不会继承文件描述符。
操作系统的进程间通信与同步机制
操作系统的进程间通信与同步机制操作系统是计算机系统中最核心的软件之一，负责管理和协调计算机硬件和软件资源的使用。
在多道程序设计环境下，操作系统需要管理多个同时运行的进程，而进程间的通信和同步是操作系统中的重要任务之一。
本文将探讨操作系统中的进程间通信和同步机制的基本概念、原理和应用。
一、进程间通信（Inter-process Communication，IPC）进程间通信是指不同进程之间交换信息的机制。
在操作系统中，进程间通信是实现进程协作和数据共享的基础。
常见的进程间通信方式包括管道、消息队列、信号量、共享内存等。
1. 管道（Pipe）管道是一种半双工的通信方式，将一个进程的输出连接到另一个进程的输入，实现进程之间的单向通信。
管道分为有名管道和无名管道，有名管道可以在不同进程之间共享，而无名管道只能在具有父子关系的进程之间使用。
2. 消息队列（Message Queue）消息队列是一种可以在不相关进程之间传递数据的通信机制，它通过将消息放入队列中，实现进程之间的异步通信。
消息队列可以实现进程之间的解耦，提高系统的可维护性和灵活性。
3. 信号量（Semaphore）信号量是一种用于进程间同步与互斥的机制，它可以用来解决临界区问题和进程同步问题。
信号量可以用来控制资源的访问顺序，避免竞争条件和死锁等问题。
4. 共享内存（Shared Memory）共享内存是一种高效的进程间通信方式，它允许多个进程直接访问同一块内存区域，从而实现数据的共享。
共享内存可以提高进程间通信的性能，但需要合理控制访问权限，防止数据的冲突和错误。
二、进程间同步（Process Synchronization）进程间同步是指多个进程之间按照特定的顺序执行，保证数据的一致性和正确性。
在多进程环境下，进程之间的并发执行可能导致竞争条件、死锁和资源冲突等问题，进程间同步机制可以解决这些问题。
1. 互斥锁（Mutex）互斥锁是一种二进制的同步机制，用于保护临界区，避免多个进程同时访问共享资源。
进程通信
24
消息队列
使用消息队列实现一个服务进程为多个客户进程 服务
25
消息队列
• 在设计UNIX的多进程间通信时，必须仔细分析所 设计的进程通信机制会不会产生死锁问题。 • 在使用管道，消息队列，信号量时，都有可能产 生死锁。
26
消息队列
– 如果客户进程每次都要产生一个体积较大的请求消息 发送到消息队列。假设消息队列最多可以容纳8个这样 的消息，而有9个客户端进程。 – 在特定的情况下，9个进程同时把自己的请求消息发送 到消息队列，由于队列最多可以容纳8个消息，这样， 最后一个进程的发送请求被阻塞。 – 当服务进程从队列里取走一个数据正在进行处理的时 候，这第9个进程醒过来，把它的数据注入到消息队列 中，导致队列满。服务进程在处理完毕数据后，处理 结果要发送到消息队列中，队列满，就会等待； – 而所有的9个客户进程都在等待自己的应答消息，也在 等待。这样死锁就会产生。
参数key是信号量组的KEY。 参数nsems指明信号量组中包含有多少个信号量，这个 参数仅在创建新信号量组时使用，获取已存在的信号 量组，将这个参数设为0。
23
消息队列
• 消息队列的特点
– 保持了记录边界，而且消息传递是可靠的，不会丢失 数据。这对于应用程序来说非常方便； – 独立启动的多个进程只要使用相同的消息队列KEY值， 就可以共享消息队列； – 可以多路复用，实现了“信箱”的功能，便于多个进 程共享消息队列； – 同共享内存相比，消息队列也有缺点：多个进程之间 的通信数据必须经过内核复制，当数据量极大时，不 如共享内存快。
14
命名管道FIFO
• 命名管道的使用
一旦用mkfifo()创建了一个FIFO，就可以像一般的文件 一样对其进行I/O操作
深入理解操作系统中的进程间通信机制
深入理解操作系统中的进程间通信机制进程间通信（Inter-Process Communication，IPC）是操作系统中实现不同进程之间数据传输、共享资源、协同工作的一种机制。
在多进程环境下，各个进程相互独立运行，因此需要一种机制来实现它们之间的通信与协调。
本文将深入探讨进程间通信的概念、分类以及常用的实现方式。
一、进程间通信的概念进程间通信是指在操作系统中，不同进程之间通过一定的方法来交换数据和信息的过程。
它是为了满足进程之间资源共享、信息传递、任务协作等需求而设计的。
通过进程间通信，进程可以相互发送数据、接收数据，实现数据共享、同步、互斥等功能。
二、进程间通信的分类根据通信时是否需要借助操作系统来实现，进程间通信可以分为以下两类：1.隐式通信隐式通信是指不需要借助操作系统提供的特殊通信机制，而是通过共享的文件、数据库、内存等资源来实现进程之间的数据交换。
这种通信方式通常适合于处于同一主机上的进程通信，无需操作系统进行干预。
2.显式通信显式通信是指需要借助操作系统提供的通信机制来实现进程间通信。
其中常见的通信机制包括管道、消息队列、信号量、共享内存等。
这些通信机制是操作系统提供的API，用于实现进程间数据传输和共享资源。
三、常用的进程间通信方式在显式通信中，有多种方式可以实现进程间通信。
下面介绍几种常用的方式：1.管道（Pipe）管道是一种半双工的通信方式，用于在两个进程之间传递数据。
它基于文件描述符实现，包括有名管道和无名管道。
有名管道可以在不相关的进程之间进行通信，而无名管道仅用于相关进程之间的通信。
2.消息队列（Message Queue）消息队列是一种可以在不同进程间传递、保存消息的机制。
它采用先进先出的方式，保证消息的有序发送和接收。
通过消息队列，进程可以发送和接收各种类型的消息，实现数据传递和同步。
3.信号量（Semaphore）信号量是一种用于进程间同步和互斥的机制。
它通常用于解决多个进程之间对共享资源的访问问题。
进程和进程间通信
进程和进程间通信进程是操作系统中的一个基本概念，它代表了一个正在运行的程序实例。
在现代操作系统中，多个进程可以同时运行，并且需要进行相互之间的通信和协调。
进程间通信（Inter-Process Communication，IPC）是指不同进程之间进行数据交换和共享的机制。
一、进程间通信的需求与作用进程间通信的需求主要体现在以下几个方面：1. 数据共享：不同进程可能需要共享数据，以便实现信息的交换和共同处理。
2. 信息传递：进程之间可能需要进行消息的传递，以便进行协调和同步。
3. 资源共享：进程可能需要共享系统资源，如文件、设备等。
进程间通信的作用主要包括：1. 提高系统性能：进程间通信可以使不同进程并发执行，提高系统整体的运行效率。
2. 实现协作：不同进程之间可以交换信息、协调工作，实现更复杂的任务。
3. 实现分布式计算：通过进程间通信，可以将任务分布到不同的进程或计算机上进行并行处理。
二、进程间通信的方式在实际应用中，进程间通信可以通过多种方式来实现：1. 管道（Pipe）：管道是一种半双工的通信方式，可以用于具有亲缘关系的进程之间进行通信。
常见的管道实现有匿名管道和有名管道。
2. 消息队列（Message Queue）：消息队列是一种通过系统内核提供的消息缓冲区进行通信的方式，具有高度灵活性和可靠性。
3. 信号量（Semaphore）：信号量是一种计数器，用于实现进程之间的同步和互斥操作，常用于控制对共享资源的访问。
4. 共享内存（Shared Memory）：共享内存是一种将同一块物理内存映射到多个进程的通信方式，可以实现数据的快速共享。
5. 套接字（Socket）：套接字是一种通信机制，可以用于实现不同计算机之间的进程间通信，常用于网络编程。
以上只是进程间通信的一些常见方式，实际上还有其他方式如信号、文件、RPC（远程过程调用）等。
在选择具体的通信方式时，需要根据实际场景需求进行综合考虑。
Linux_进程之间的通信
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND 2184 root 20 0 64220 4812 3908 R 6.7 0.2 0:00.01 top
1 root 20 0 178784 13560 8556 S 0.0 0.7 0:04.24 systemd 2 root 20 0 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.02 kthreadd 3 root 0 -20 0 0 0 I 0.0 0.0 0:00.00 rcu_gp 4 root 0 -20 0 0 0 I 0.0 0.0 0:00.00 rcu_par_gp 5 root 20 0 0 0 0 I 0.0 0.0 0:00.69 kworker/0:0-xfs-cil/dm-0 6 root 0 -20 0 0 0 I 0.0 0.0 0:00.00 kworker/0:0H-kblockd ...............
//此处的load average就表示负载平均值，这三个值代表最近1、5和15分钟的负载情况。
[root@localhost ~]# top top - 09:26:24 up 23 min, 4 users, load average: 0.00, 0.00, 0.00 Tasks: 219 total, 1 running, 218 sleeping, 0 stopped, 0 zombie %Cpu(s): 0.0 us, 0.0 sy, 0.0 ni, 99.7 id, 0.0 wa, 0.2 hi, 0.2 si, 0.0 st MiB Mem : 1965.1 total, 1405.6 free, 260.4 used, 299.1 buff/cache MiB Swap: 2096.0 total, 2096.0 free, 0.0 used. 1545.0 avail Mem
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
可通过open读写操作 一般只读或者只写，不建议读写同时进 行
若需在程序之间双向传递数据，最好使 用一对FIFO，一个方向使用一个。 对于该文件，可使用rm –f命令删除。
命名管道读写规则
读方式打开时，O_NONBLOCK选项 关闭，则进程阻塞直到有相应进程为写操作而打 开该管道文件。 打开，则打开时立刻返回成功，即使没有数据或 者没有进程以写的方式打开该管道文件。
信号量的使用
使用信号量以下4个步骤： ① 创建信号量或获得在系统中其它进程已经创建的
已存信号量，此时需要调用 semget() 函数。不同进程 通过使用同一个信号量键值来获得同一个信号量。
② 初始化信号量，此时使用 semctl() 函数的 SETVAL操作。当使用二维信号量时，通常将信号量 初始化为1。
信号量相关数据结构
信号量是用来解决进程间的同步与互斥 问题的一种进程间通信机制 包括一个称为信号量的变量和在该信号 量下等待资源进程等待队列，以及对信 号量进行的两个原子操作（P/V操作） 信号量对应于某一种资源，取一个非负 的整形值。信号量值（常用sem_id表示） 指的是当前可用的该资源的数量，若等 于0则意味着目前没有可用的资源。
③ 信号量的P和V操作，此时，调用 semop()函数。 这一步是实现进程间的同步和互斥的核心工作部分。
④ 当不需要信号量时，从系统中删除它，此时使用 semctl()函数的 IPC_RMID操作。 例7-6
目标 头文件 函数原型 参数
返回值
复制一个文件描述符
#include <unistd.h> newfd=dup(oldfd); newfd=dup2(oldfd,newfd) oldfd需要复制的文件描述符 newfd复制oldfd后得到的文件描述 符
-1 如果出错 newfd新的文件描述符
请编写程序，实现类似于“ps –aux | grep init”的功能
管道通信实例
实例7.1 编写一个程序，实现如下功能： 创建父子进程，父进程向子进程通过管 道发送一个字符串，子进程读取该字符 串显示并倒序后发送给父进程，父进程 读取该倒序后的字符串并打印出来。
父进程 01234
父进程 01234
子进程 01 2 3 4
管道与重定向
dup系统调用 例7-2和7-3
管道通信
管道是Linux的一种最简单的通信机制。 它在进程之间建立一种逻辑上的管道， 一端为流入端，一端为流出端
一个进程在流入端写入数据，另外进程 在流出段按照流入顺序读出数据，从而 实现进程间的通信。
写进程
管道
读进程
管道的特点
1.单工且单向通信 要向通过管道实现进程之间的双向通信，需要 在进程之间创建两个管道。 2.数据在管道中以字节流的形式传送的，即以 字节为单位的按照流入顺序传递数据（FIFO 方式）。 命名管道和无名管道的区别为： 1.无名管道只能在父子进程之间通信，有名管 道可以在任意进程间通信 2.无名管道没有名字标识，有名管道有名称。
第七讲进程间通信
主要内容
进程间通信基本概念 管道通信 System V信号量 POSIX信号量 共享内存 消息队列
基本概念
进程间通信的主要作用：
数据传输： 通知事件： 资源共享： 进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的 执行（如gdb进程控制被调试的程序），此时控 制进程能够拦截另一个进程的所有系统调用和异 常，并能够及时知道它状态的改变。
无名管道
头文件 #include <unistd.h>
函 数 原 int pipe(int pipe[2])
型
函 数 作 创建无名管道
用
参数
参数是长度为2的int型数组，创建成功后， 该数组里面保存了两个文件描述符，pipe[0] 是读端的文件描述符，pipe[1]是写端的文件
描述符
返回值 成功时，返回0；失败时，返回-1
执行过程
父进程 01234
父进程 01234
子进程 01234
子进程 01234
父进程 01234
子进程 01234
命名管道
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> int mkfifo(const char *filename, mode_t mode); int mknode(const char *filename, mode_t mode | S_IFIFO, (dev_t) 0 ); hadoop@ubuntu:~$ mkfifo mypipe hadoop@ubuntu:~$ ls -l mypipe prw-rw-r-- 1 hadoop hadoop 0 Dec 9 00:48 mypipe
进程通信的实现方的进程间 通信方式
进程间通信的分类
进程之间传递信息量大小的不同，可将 进程间通信划分为两大类型： 传递控制信息的低级通信和大批数据信 息的高级通信。 低级通信主要用于进程之间的同步、互 斥、终止、挂起等控制信息的传递 高级通信主要用于大量数据的传递。
写方式打开管道文件时，O_NONBLOCK 选项 关闭，则进程阻塞直到有相应进程以读打开该文 件 打开，则进程立刻返回失败，错误码为ENXIO。 例7-4,7-5
System V信号量
实现对共享资源的保护，防止多进程或 多线程的并发带来的不一致问题 同步和竞争 临界资源在同一时刻只允许有限个（通 常只有一个）进程可以访问（读）或修 改（写）的资源 通常包括硬件资源（处理器、内存、存 储器及其它外围设备等）和软件资源 （共享代码段、共享结构和变量等） 访问临界资源的代码叫做临界区，临界 区本身也会称为临界资源。
主要的几种方式
管道通信：有名与无名管道 信号（Signal）： 消息队列：消息队列是消息所构成的链接表，包 括POSIX消息队列和System V消息队列。 共享内存：使得多个进程可以访问同一块内存空 间，是最快的可用IPC形式。 信号量：主要作为进程间以及同一进程不同线程 之间的同步手段。 套接字（Socket）：更为一般的进程间通信机制， 可用于不同机器之间的进程间通信。