linux下的进程通信手段基本上是从unix平台上的进程通信手段继承而来的。而对unix发展做出重大贡献的两大主力at&t的贝尔实验室及bsd(加州大学伯克利分校的伯克利软件发布中心)在进程间通信方面的侧重点有所不同。前者对unix早期的进程间通信手段进行了系统的改进和扩充,形成了“system v ipc”,通信进程局限在单个计算机内;后者则跳过了该限制,形成了基于套接口(socket)的进程间通信机制。linux则把两者继承了下来,如图示:
其中,最初unix ipc包括:管道、fifo、信号;system v ipc包括:system v消息队列、system v信号灯、system v共享内存区;posix ipc包括: posix消息队列、posix信号灯、posix共享内存区。有两点需要简单说明一下:1)由于unix版本的多样性,电子电气工程协会(ieee)开发了一个独立的unix标准,这个新的ansi unix标准被称为计算机环境的可移植性操作系统界面(posix)。现有大部分unix和流行版本都是遵循posix标准的,而linux从一开始就遵循posix标准;2)bsd并不是没有涉足单机内的进程间通信(socket本身就可以用于单机内的进程间通信)。事实上,很多unix版本的单机ipc留有bsd的痕迹,如4.4bsd支持的匿名内存映射、4.3 bsd对可靠信号语义的实现等等。
图一给出了linux 所支持的各种ipc手段,在本文接下来的讨论中,为了避免概念上的混淆,在尽可能少提及unix的各个版本的情况下,所有问题的讨论最终都会归结到linux环境下的进程间通信上来。并且,对于linux所支持通信手段的不同实现版本(如对于共享内存来说,有posix共享内存区以及system v共享内存区两个实现版本),将主要介绍posix api。
linux下进程间通信的几种主要手段简介:
- 管道(pipe)及有名管道(named pipe):管道可用于具有亲缘关系进程间的通信,有名管道克服了管道没有名字的限制,因此,除具有管道所具有的功能外,它还允许无亲缘关系进程间的通信;
- 信号(signal):信号是比较复杂的通信方式,用于通知接受进程有某种事件发生,除了用于进程间通信外,进程还可以发送信号给进程本身;linux除了支持unix早期信号语义函数sigal外,还支持语义符合posix.1标准的信号函数sigaction(实际上,该函数是基于bsd的,bsd为了实现可靠信号机制,又能够统一对外接口,用sigaction函数重新实现了signal函数);
- 报文(message)队列(消息队列):消息队列是消息的链接表,包括posix消息队列system v消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息,被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少,管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
- 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。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制,如信号量结合使用,来达到进程间的同步及互斥。
- 信号量(semaphore):主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。
- 套接口(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。起初是由unix系统的bsd分支开发出来的,但现在一般可以移植到其它类unix系统上:linux和system v的变种都支持套接字。
下面将对上述通信机制做具体阐述。
一般来说,linux下的进程包含以下几个关键要素:
有一段可执行程序;
有专用的系统堆栈空间;
内核中有它的控制块(进程控制块),描述进程所占用的资源,这样,进程才能接受内核的调度;
具有独立的存储空间
进程和线程有时候并不完全区分,而往往根据上下文理解其含义。