【Linux】 ——进程间通信方式优缺点比较

进程间通信方式

@[TOC](进程间通信方式)
- 1、管道
- 2、消息队列
- 3、共享内存
- 4、信号量
- 5、Socket

1、管道

1.1 匿名管道

主要用于有亲缘关系的进程间通信

我们先来看一条Linux语句：

test1 | grep 8080

如果你还没忘记Linux命名，那一定知道 “ | ”的意思，其实它就是管道的意思，他的作用就是把前一个命令的输出作为后一条命令的输入。

以上代码其实就是把test1的输出作为grep 8080这条命令的输入，这里的“ | ”其实是一个匿名管道，只能用于有亲缘关系进程的通信。

如果两个进程需要通信的话就得创建两个管道。因为这种通信方式是单向的以下是关于匿名管道的实例：

在程序中，我们创建了一个管道，父进程关闭了写通道，子进程关闭读通道，子进程向管道写入字符串，父进程向管道读取字符串并输出。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#define MAX_LEN 128
int main(void)
{/*0为读，1为写*/int fd[2] = {0}; //描述符pid_t pid = 0;char line[MAX_LEN] = {0};int n = 0;/*创建管道，需要传入两个文件描述符*/if(pipe(fd) < 0){perror("create pipe failed\n");return -1;}/*fork子进程*/if((pid = fork()) < 0){perror("fork failed\n");return -1;}/*父进程*/else if(pid > 0){/*关闭管道的写描述符*/close(fd[1]);/*从管道读取数据*/n = read(fd[0],line,MAX_LEN);printf("read %d bytes from pipe :%s\n",n,line);}/*子进程*/else{/*关闭管道的读描述符*/close(fd[0]);/*向管道写入数据*/write(fd[1],"test",sizeof("test"));}return 0;
}

1.2、命名管道

命名管道可以用于任意进程间通信。

以下是创建一个命名管道等方法：

mkfifo test

这条命令创建了一个名为test的管道，接下来我们用一个进程向这个管道写数据，然后另一个进程将写入的数据读出：

echo “this is a pipe” >test

如果该管道的数据没有被读出，那它将一直等待，直到有其他进程经数据读出：

cat < test  //读数据

只有数据被其他进程读出，上一条写数据的才算结束。
这里也体现出管道的缺点——效率低下，我给你传数据，但是只有你把数据拿走了，我才能返回，这样是很慢的，不适合频繁通信的进程。但同时也有一个优点，那就是可以保证你是真的拿到了我的数据。

以下是一个关于命名管道完整代码的实例：

我们首先创建一个命名管道，如果成功，则关闭他的读端，向里面写入数据。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#define FIFO "/tmp/fifo"
#define MAX_LEN 128
int main(void)
{int writeFd;char line[MAX_LEN] = {0};if(mkfifo(FIFO,S_IRUSR|S_IWUSR) < 0 && (errno != EEXIST)){perror("make fifo failed:");return -1;}/*关闭管道的读描述符*/writeFd = open(FIFO,O_WRONLY,0);/*向管道写入数据*/write(writeFd,"www.yanbinghu.com",sizeof("www.yanbinghu.com"));close(writeFd);return 0;
}

然后再新的终端打开一个刚才创建的命名管道，从里面读取数据：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include<fcntl.h>
#define FIFO "/tmp/fifo"
#define MAX_LEN 128
int main(void)
{int readFd,n;char line[MAX_LEN] = {0};/*打开FIFO，这里打开可能失败，应该要对返回值处理*/readFd = open(FIFO,O_RDONLY,0);/*从FIFO读取数据*/n = read(readFd,line,MAX_LEN);printf("read %d bytes from pipe :%s\n",n,line);close(readFd);/*删除FIFO*/unlink(FIFO);return 0;
}

然后运行写进程和读进程，这样两个没有亲缘关系的进程就可以通过匿名管道进行通信了。

总结：

半双工，即就是不能够同时在两个方向上传输数据，有的系统可能支持全双工。
匿名管道只能用于有亲缘关系的进程进行通信
命名管道可以用于任意进程间通信

2、消息队列

学习了以上管道我们知道，a向b 写数据，只有b把数据读出，a才能返回，那我们能不能不等待，我把数据传给你，然后我立即返回呢？

其实是可以的，消息队列就可以解决这样的问题，a只要把给b的数据放进消息队列里面就可以了，b要用数据直接从消息队列取出。

缺点：如果a给b发送的数据过大，并且通信频繁，那消息队列就不合适了，因为数据过大，a发送数据的时间长，b去拷贝数据花费时间也长，效率就会变低。
优点：管道一旦相关进程退出，那里面的数据也就没有了，但消息队列不一样，一个进程向里面写入数据后退出，另一个进程仍然可以取数据。

3、共享内存

针对消息队列的缺点，共享内存允许多个进程共享一个给定的存储区，由于他们是共享一块内存数据，减少了内存拷贝的时间，因此速度非常快。

但这里我们可能会问：每个进程不是独立的吗？怎么可以共享内存呢？

其实，系统加载一个进程时，分配给进程的内存并不是实际的物理内存，而是虚拟内存空间，我们可以让两个进程各自拿出一块虚拟地址空间来，然后映射到相同的物理内存中，这样虽然两个进程有独立的虚拟地址空间，但有一部分是映射的相同的物理内存，这样就完成了内存共享机制，如下图所示：

缺点：多进程竞争内存，类似于我们平常说的线程安全。

4、信号量

一句话概括：信号量的本质就是一个计数器，用来实现进程之间的同步与互斥。

例如信号量的初始值为1，然后a进程来访问共享内存的时候，我们把信号量的值设为0，然后b进程来访问共享内存的时候，看到信号量的值为0，就知道已经有人来访问内存了，那b就访问不了了。所以说信号量也是进程间的一种通信方式。

5、Socket

以上我们所说的管道，消息队列，共享内存，信号量都是同一主机之间的通信，那两个相隔几千里的进程怎么进行通信呢？

答案就是Socket，例如平时我们通过浏览器发起一个http请求，然后服务器给你返回对应的数据，这种就是采用了Socket的通信方式，也就是说：它能用于不同计算机之间的不同进程间的通信。

总结

对于管道：速度慢，最后一个引用它的进程终止的时候，留在管道的数据也会被删除。匿名管道用于有亲缘关系的进程，命名管道用于任意键进程通信。半双工通信，一个写数据，一个读数据，只能是单向的。
消息队列：内核中的优先级队列，多个进程通过向同一个队列中放置队列结点或者获取节点实现通信
共享内存：各个进程通过映射相同的物理地址实现通信，减少了内存拷贝时间。但是要注意多进程通信的安全
信号量：通过计数器来检测内存的访问情况，如果有进程访问内存，计数变为0，没有进程访问，计数变为1.计数只有0/1两种状态。
Socket用于不同计算机之间不同进程的通信，是目前应用最广泛的进程间通信方式。