进程和线程的区别,进程间通信方式,怎么选择比较好
此篇文章讲解比较多,面试记住原理特点应该差不多了
进程和线程的区别
进程
进程是资源分配的基本单位。
进程控制块 (Process Control Block, PCB) 描述进程的基本信息和运行状态,所谓的创建进程和撤销进程,都是指对 PCB 的操作。
下图显示了 4 个程序创建了 4 个进程,这 4 个进程可以并发地执行。
线程
线程是独立调度的基本单位。
一个进程中可以有多个线程,它们共享进程资源。
QQ 和浏览器是两个进程,浏览器进程里面有很多线程,例如 HTTP 请求线程、事件响应线程、渲染线程等等,线程的并发执行使得在浏览器中点击一个新链接从而发起 HTTP 请求时,浏览器还可以响应用户的其它事件。
进程间的通信方式,怎么选择比较好
IPC的方式通常有管道(包括无名管道和命名管道)、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。
管道:
通常指无名管道,是UNIX系统IPC(进程间通讯)最古老的形式
特点:
1,他是半双工的(即数据只能在一个方向上移动),具有固定的写端和读端.
2,他只能用于具有亲缘关系的进程之间通信(即只能在父子进程和兄弟进城之间通讯)
3,他可以看成是一种特殊的文件,对于他的读写也可以使用普通的read,write函数.但是他不是普通的文件,并不属于其他任何文件系统,只存在于内存之中.
相关原型代码:
1 #include <unistd.h> 2 int pipe(int fd[2]); // 返回值:若成功返回0,失败返回-1
当一个管道建立时,就会创建两个文件描述符:fd[0] 为读而打开 fd[1] 为写而打开,关闭管道只需要将两个文件描述符关闭即可
单个进程中的管道几乎没有任何用处。所以,通常调用 pipe 的进程接着调用 fork,这样就创建了父进程与子进程之间的 IPC 通道。如下图所示:
若要数据流从父进程流向子进程,则关闭父进程的读端(
fd[0]
)与子进程的写端(fd[1]
);反之,则可以使数据流从子进程流向父进程。FIFO:
也称为命名管道,是一种文件类型.
特点:
1,FIFO可以在无关的进程之间交换数据,与无名管道不同.
2,FIFO有路径名与之相关联,他以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中.
相关代码:
1 #include <sys/stat.h> 2 // 返回值:成功返回0,出错返回-1 3 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
其中的 mode 参数与open函数中的 mode 相同。一旦创建了一个 FIFO,就可以用一般的文件I/O函数操作它。
当 open 一个FIFO时,是否设置非阻塞标志(O_NONBLOCK)的区别:
若没有指定O_NONBLOCK(默认),只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO。类似的,只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它。
若指定了O_NONBLOCK,则只读 open 立即返回。而只写 open 将出错返回 -1 如果没有进程已经为读而打开该 FIFO,其errno置ENXIO。
消息队列:是消息的链接表,存放在内核中.一个消息队列由一个标识符(即队列ID)来标识.
特点:
1,消息队列是面向记录的,其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级.
2,消息队列独立于发送与接收进程.进程终止时,消息队列及其内容并不会被删除.
3,消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定按照先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取
相关代码:
1 #include <sys/msg.h> 2 // 创建或打开消息队列:成功返回队列ID,失败返回-1 3 int msgget(key_t key, int flag); 4 // 添加消息:成功返回0,失败返回-1 5 int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag); 6 // 读取消息:成功返回消息数据的长度,失败返回-1 7 int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag); 8 // 控制消息队列:成功返回0,失败返回-1 9 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
在以下两种情况下,msgget将创建一个新的消息队列:
如果没有与键值key相对应的消息队列,并且flag中包含了IPC_CREAT标志位。
key参数为IPC_PRIVATE。
函数msgrcv在读取消息队列时,type参数有下面几种情况:type == 0,返回队列中的第一个消息;
type > 0,返回队列中消息类型为 type 的第一个消息;
type < 0,返回队列中消息类型值小于或等于 type 绝对值的消息,如果有多个,则取类型值最小的消息。
可以看出,type值非 0 时用于以非先进先出次序读消息。也可以把 type 看做优先级的权值。(其他的参数解释,请自行Google之)
信号量:与前面已经介绍过的IPC结构不同,他是一个计数器.信号量用于实现进程间的互斥和同步,而不是用于存储进程间的通信数据.
特点:
1,信号量用于进程间同步,若要在进程间传递数据需要结合共享内存.
2,信号量基于操作系统的PV操作,程序对信号量的操作都是原子操作.
3,每次对信号量的PV操作不仅限于对信号量值加1或减1,而是可以加减任何正整数.
4,支持信号量组.
最简单的信号量是只能取0和1的变量,这也是信号量最常见的一种形式,称为二值信号量.可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量..
Linux下的信号量函数都是在通用的信号量数组上进行操作,而不是在一个单一的二值信号量上进行操作
相关代码:
1 #include <sys/sem.h> 2 // 创建或获取一个信号量组:若成功返回信号量集ID,失败返回-1 3 int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags); 4 // 对信号量组进行操作,改变信号量的值:成功返回0,失败返回-1 5 int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops); 6 // 控制信号量的相关信息 7 int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);
其中 sem_op 是一次操作中的信号量的改变量:
若sem_op > 0,表示进程释放相应的资源数,将 sem_op 的值加到信号量的值上。如果有进程正在休眠等待此信号量,则换行它们。
若sem_op < 0,请求 sem_op 的绝对值的资源。
如果相应的资源数可以满足请求,则将该信号量的值减去sem_op的绝对值,函数成功返回。
当相应的资源数不能满足请求时,这个操作与sem_flg有关。
sem_flg 指定IPC_NOWAIT,则semop函数出错返回EAGAIN。
sem_flg 没有指定IPC_NOWAIT,则将该信号量的semncnt值加1,然后进程挂起直到下述情况发生:
当相应的资源数可以满足请求,此信号量的semncnt值减1,该信号量的值减去sem_op的绝对值。成功返回;
此信号量被删除,函数smeop出错返回EIDRM;
进程捕捉到信号,并从信号处理函数返回,此情况下将此信号量的semncnt值减1,函数semop出错返回EINTR
若sem_op == 0,进程阻塞直到信号量的相应值为0:当信号量已经为0,函数立即返回。
如果信号量的值不为0,则依据sem_flg决定函数动作:
sem_flg指定IPC_NOWAIT,则出错返回EAGAIN。
sem_flg没有指定IPC_NOWAIT,则将该信号量的semncnt值加1,然后进程挂起直到下述情况发生:
信号量值为0,将信号量的semzcnt的值减1,函数semop成功返回;
此信号量被删除,函数smeop出错返回EIDRM;
进程捕捉到信号,并从信号处理函数返回,在此情况将此信号量的semncnt值减1,函数semop出错返回EINTR
在semctl函数中的命令有多种,这里就说两个常用的:SETVAL:用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。
IPC_RMID:删除一个信号量集合。如果不删除信号量,它将继续在系统中存在,即使程序已经退出,它可能在你下次运行此程序时引发问题,而且信号量是一种有限的资源。
共享内存:指两个或多个进程共享一个给定的存储区.
特点:
1,共享内存是最快的一种IPC,因为进程是直接对内存进行存取.
2,因为多个进程可以同时操作,所以需要同步.
3,信号量+共享内存通常结合在一起使用,信号量用来同步对共享内存的访问.
相关代码:
1 #include <sys/shm.h> 2 // 创建或获取一个共享内存:成功返回共享内存ID,失败返回-1 3 int shmget(key_t key, size_t size, int flag); 4 // 连接共享内存到当前进程的地址空间:成功返回指向共享内存的指针,失败返回-1 5 void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag); 6 // 断开与共享内存的连接:成功返回0,失败返回-1 7 int shmdt(void *addr); 8 // 控制共享内存的相关信息:成功返回0,失败返回-1 9 int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);
当用shmget函数创建一段共享内存时,必须指定其 size;而如果引用一个已存在的共享内存,则将 size 指定为0 。
当一段共享内存被创建以后,它并不能被任何进程访问。必须使用shmat函数连接该共享内存到当前进程的地址空间,连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间,随后可像本地空间一样访问。
shmdt函数是用来断开shmat建立的连接的。注意,这并不是从系统中删除该共享内存,只是当前进程不能再访问该共享内存而已。
shmctl函数可以对共享内存执行多种操作,根据参数 cmd 执行相应的操作。常用的是IPC_RMID(从系统中删除该共享内存)。
socket:
由于socket实现篇幅较多,请访问:进程间通讯之socket详解
五种本地IPC通讯方式总结:1.管道:速度慢,容量有限,只有父子进程能通讯
2.FIFO:任何进程间都能通讯,但速度慢
3.消息队列:容量受到系统限制,且要注意第一次读的时候,要考虑上一次没有读完数据的问题
4.信号量:不能传递复杂消息,只能用来同步
5.共享内存区:能够很容易控制容量,速度快,但要保持同步,比如一个进程在写的时候,另一个进程要注意读写的问题,相当于线程中的线程安全,当然,共享内存区同样可以用作线程间通讯,不过没这个必要,线程间本来就已经共享了同一进程内的一块内存
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