Unix系統下程式間通訊方式及比較

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程式間的通訊方式：

<wbr><wbr> 1.管道（pipe）及有名管道（named pipe）：</wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr>管道可用於具有親緣關係程式間的通訊，有名管道除了具有管道所具有的功能外，它還允許無親緣關係程式間的通訊。</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

2.訊號（signal）：

<wbr><wbr><wbr><wbr> 訊號是在軟體層次上對中斷機制的一種模擬，它是比較複雜的通訊方式，用於通知程式有某事件發生，一個程式收到一個訊號與處理器收到一箇中斷請求效果上可以說是一致得。</wbr></wbr></wbr></wbr>

<wbr></wbr>

<wbr><wbr> 3.訊息佇列（message queue）：</wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr> 訊息佇列是訊息的連結表，它克服了上兩種通訊方式中訊號量有限的缺點，具有寫許可權得程式可以按照一定得規則向訊息佇列中新增新資訊；對訊息佇列有讀許可權得程式則可以從訊息佇列中讀取資訊。</wbr></wbr></wbr></wbr>

訊息緩衝通訊技術是由Hansen首先提出的,其基本思想是:根據”生產者-消費者”原理,利用記憶體中公用訊息緩衝區實現程式之間的資訊交換.

記憶體中開闢了若干訊息緩衝區,用以存放訊息.每當一個程式向另一個程式傳送訊息時,便申請一個訊息緩衝區,並把已準備好的訊息送到緩衝區,然後把該訊息緩衝區插入到接收程式的訊息佇列中,最後通知接收程式.接收程式收到傳送里程發來的通知後,從本程式的訊息佇列中摘下一訊息緩衝區,取出所需的資訊,然後把訊息緩衝區不定期給系統.系統負責管理公用訊息緩衝區以及訊息的傳遞.

一個程式可以給若干個程式傳送訊息,反之,一個程式可以接收不同程式發來的訊息.顯然,程式中關於訊息佇列的操作是臨界區.當傳送程式正往接收程式的訊息佇列中新增一條訊息時,接收程式不能同時從該訊息佇列中到出訊息:反之也一樣.

訊息緩衝區通訊機制包含以下列內容:

(1) 訊息緩衝區,這是一個由以下幾項組成的資料結構:
1、 訊息長度
2、 訊息正文
3、 傳送者
4、 訊息佇列指標

（2）訊息佇列首指標m-q,一般儲存在PCB中。
（1） 互斥訊號量m-mutex,初值為1，用於互斥訪問訊息佇列，在PCB中設定。
（2） 同步訊號量m-syn,初值為0，用於訊息計數，在PCB中設定。
（3） 傳送訊息原語send
（4） 接收訊息原語receive(a)

<wbr></wbr>

<wbr><wbr> 4.共享記憶體（shared memory）：</wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr> 可以說這是最有用的程式間通訊方式。它使得多個程式可以訪問同一塊記憶體空間，不同程式可以及時看到對方程式中對共享記憶體中資料得更新。這種方式需要依靠某種同步操作，如互斥鎖和訊號量等。</wbr></wbr></wbr></wbr>

這種通訊模式需要解決兩個問題：第一個問題是怎樣提供共享記憶體；第二個是公共記憶體的互斥關係則是程式開發人員的責任。<wbr></wbr>

<wbr><wbr> 5.訊號量（semaphore）：</wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr> 主要作為程式之間及同一種程式的不同執行緒之間得同步和互斥手段。</wbr></wbr></wbr></wbr>

<wbr></wbr>

<wbr><wbr> 6.套接字（socket）；</wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr> 這是一種更為一般得程式間通訊機制，它可用於網路中不同機器之間的程式間通訊，應用非常廣泛。</wbr></wbr></wbr></wbr>

http://blog.csdn.net/eroswang/archive/2007/09/04/1772350.aspx

linux下的程式間通訊-詳解

詳細的講述程式間通訊在這裡絕對是不可能的事情，而且筆者很難有信心說自己對這一部分內容的認識達到了什麼樣的地步，所以在這一節的開頭首先向大家推薦著 名作者Richard Stevens的著名作品：《Advanced Programming in the UNIX Environment》，它的中文譯本《UNIX環境高階程式設計》已有機械工業出版社出版，原文精彩，譯文同樣地道，如果你的確對在Linux下程式設計有濃 厚的興趣，那麼趕緊將這本書擺到你的書桌上或計算機旁邊來。說這麼多實在是難抑心中的景仰之情，言歸正傳，在這一節裡，我們將介紹程式間通訊最最初步和最 最簡單的一些知識和概念。
　　 首先，程式間通訊至少可以通過傳送開啟檔案來實現，不同的程式通過一個或多個檔案來傳遞資訊，事實上，在很多應用系統裡，都使用了這種方法。但一般說來， 程式間通訊（IPC：InterProcess Communication）不包括這種似乎比較低階的通訊方法。Unix系統中實現程式間通訊的方法很多，而且不幸的是，極少方法能在所有的Unix系 統中進行移植（唯一一種是半雙工的管道，這也是最原始的一種通訊方式）。而Linux作為一種新興的作業系統，幾乎支援所有的Unix下常用的程式間通訊 方法：管道、訊息佇列、共享記憶體、訊號量、套介面等等。下面我們將逐一介紹。

　　 2.3.1 管道
　　 管道是程式間通訊中最古老的方式，它包括無名管道和有名管道兩種，前者用於父程式和子程式間的通訊，後者用於執行於同一臺機器上的任意兩個程式間的通訊。
　　 無名管道由pipe（）函式建立：
　　 #include <unistd.h>
　　 int pipe(int filedis[2])；
　　 引數filedis返回兩個檔案描述符：filedes[0]為讀而開啟，filedes[1]為寫而開啟。filedes[1]的輸出是filedes[0]的輸入。下面的例子示範瞭如何在父程式和子程式間實現通訊。

#define INPUT 0
#define OUTPUT 1

void main() {
int file_descriptors[2];
/*定義子程式號 */
pid_t pid;
char buf[256];
int returned_count;
/*建立無名管道*/
pipe(file_descriptors);
/*建立子程式*/
if((pid = fork()) == -1) {
printf("Error in fork\n");
exit(1);
}
/*執行子程式*/
if(pid == 0) {
printf("in the spawned (child) process...\n");
/*子程式向父程式寫資料，關閉管道的讀端*/
close(file_descriptors[INPUT]);
write(file_descriptors[OUTPUT], "test da<wbr>ta", strlen("test da<wbr>ta")); <br> exit(0); <br> } else { <br> /*執行父程式*/ <br> printf("in the spawning (parent) process...\n"); <br> /*父程式從管道讀取子程式寫的資料，關閉管道的寫端*/ <br> close(file_descriptors[OUTPUT]); <br> returned_count = read(file_descriptors[INPUT], buf, sizeof(buf)); <br> printf("%d bytes of da<wbr>ta received from spawned process: %s\n", <br> returned_count, buf); <br> } <br> } <br> 　　 在Linux系統下，有名管道可由兩種方式建立：<span style="color:#99330">命令列方式mknod系統呼叫和函式mkfifo</span>。下面的兩種途徑都在當前目錄下生成了一個名為myfifo的有名管道： <br> 　　　　 方式一：mkfifo("myfifo","rw"); <br> 　　　　 方式二：mknod myfifo p <br> 　　 <span style="color:#99330">生成了有名管道後，就可以使用一般的檔案I/O函式如open、close、read、write等來對它進行操作</span>。下面即是一個簡單的例子，假設我們已經建立了一個名為myfifo的有名管道。 <br> 　 /* 程式一：讀有名管道*/ <br> #include &lt;stdio.h&gt; <br> #include &lt;unistd.h&gt; <br> void main() { <br> FILE * in_file; <br> int count = 1; <br> char buf[80]; <br> in_file = fopen("mypipe", "r"); <br> if (in_file == NULL) { <br> printf("Error in fdopen.\n"); <br> exit(1); <br> } <br> while ((count = fread(buf, 1, 80, in_file)) &gt; 0) <br> printf("received from pipe: %s\n", buf); <br> fclose(in_file); <br> } <br> 　 /* 程式二：寫有名管道*/ <br> #include &lt;stdio.h&gt; <br> #include &lt;unistd.h&gt; <br> void main() { <br> FILE * out_file; <br> int count = 1; <br> char buf[80]; <br> out_file = fopen("mypipe", "w"); <br> if (out_file == NULL) { <br> printf("Error opening pipe."); <br> exit(1); <br> } <br> sprintf(buf,"this is test da<wbr>ta for the named pipe example\n"); <br> fwrite(buf, 1, 80, out_file); <br> fclose(out_file); <br> } <br><br> 　　 2.3.2 訊息佇列 <br> 　　 訊息佇列用於執行於同一臺機器上的程式間通訊，它和管道很相似，是一個在系統核心中用來儲存訊息的佇列，它在系統核心中是以訊息連結串列的形式出現。訊息連結串列中節點的結構用msg宣告。<br> 事實上，它是一種<span style="color:#99330">正逐漸被淘汰</span>的通訊方式，我們可以用流管道或者套介面的方式來取代它，所以，我們對此方式也不再解釋，也建議讀者忽略這種方式。 <br><br> 　　 2.3.3 共享記憶體 <br> 　 　 共享記憶體是執行在同一臺機器上的<span style="color:#00ff">程式間通訊最快的方式</span>，因為資料不需要在不同的程式間複製。通常由一個程式建立一塊共享記憶體區，其餘程式對這塊記憶體區進行 讀寫。得到共享記憶體有兩種方式：<span style="color:#99330">對映/dev/mem裝置</span>和<span style="color:#99330">記憶體映像檔案</span>。<span style="color:#99330">前一種方式不給系統帶來額外的開銷，但在現實中並不常用，因為它控制存取的將是 實際的實體記憶體</span>，在Linux系統下，這隻有通過限制Linux系統存取的記憶體才可以做到，這當然不太實際。常用的方式是通過shmXXX函式族來實現利 用共享記憶體進行儲存的。 <br> 　　 首先要用的函式是shmget，它獲得一個共享儲存識別符號。 <br><br> 　　　　 #include &lt;sys/types.h&gt; <br> 　　　　 <span style="color:#99330">#include &lt;sys/ipc.h&gt; </span><br style="color:rgb(153,51,0)"><span style="color:#99330">　　　　 #include &lt;sys/shm.h&gt; <br><br></span>　　　　　 int shmget(key_t key, int size, int flag); <br> 　 　<span style="color:#ff660"> 這個函式有點類似大家熟悉的malloc函式，系統按照請求分配size大小的記憶體用作共享記憶體</span>。Linux系統核心中每個IPC結構都有的一個非負整數 的識別符號，這樣對一個訊息佇列傳送訊息時只要引用識別符號就可以了。<span style="color:#0080">這個識別符號是核心由IPC結構的關鍵字得到的，這個關鍵字，就是上面第一個函式的 key。</span>資料型別key_t是在標頭檔案sys/types.h中定義的，它是一個長整形的資料。在我們後面的章節中，還會碰到這個關鍵字。 <br> 　　 <br><span style="color:#99330">當共享記憶體建立後，其餘程式可以呼叫shmat（）將其連線到自身的地址空間中</span>。 <br> 　　 void *shmat(int shmid, void *addr, int flag); <br> 　　 shmid為shmget函式返回的共享儲存識別符號，addr和flag引數決定了以什麼方式來確定連線的地址，函式的返回值即是該程式資料段所連線的實際地址，程式可以對此程式進行讀寫操作。 <br> 　 　 使用共享儲存來實現程式間通訊的注意點是對資料存取的同步，必須確保當一個程式去讀取資料時，它所想要的資料已經寫好了。通常，<span style="color:#0080">訊號量被要來實現對共享存 儲資料存取的同步</span>，另外，<span style="color:#0080">可以通過使用shmctl函式設定共享儲存記憶體的某些標誌位如</span><span style="color:#0080; font-weight:bold">SHM_LOCK、SHM_UNLOCK</span><span style="color:#0080">等來實現</span>。 <br><br> 　　 2.3.4 訊號量 <br> 　　 訊號量又稱為訊號燈，它是用來協調不同程式間的資料物件的，而最主要的應用是前一節的共享記憶體方式的程式間通訊。本質上，<span style="color:#0080">訊號量是一個計數器，它用來記錄對某個資源（如共享記憶體）的存取狀況</span>。一般說來，為了獲得共享資源，程式需要執行下列操作： <br> 　　 （1） 測試控制該資源的訊號量。 <br> 　　 （2） 若此訊號量的值為正，則允許進行使用該資源。<span style="color:#99330">程式將訊號量減1</span>。 <br> 　　 （3） 若此訊號量為0，則該資源目前不可用，程式進入睡眠狀態，直至訊號量值大於0，程式被喚醒，轉入步驟（1）。 <br> 　　 （4） 當程式不再使用一個訊號量控制的資源時，訊號量值加1。如果此時有程式正在睡眠等待此訊號量，則喚醒此程式。 <br> 　 　<span style="color:#99330"> 維護訊號量狀態的是Linux<span style="color:#00ff">核心</span>作業系統而不是使用者程式</span>。我們可以從標頭檔案/usr/src/linux/include　/linux　/sem.h 中看到核心用來維護訊號量狀態的各個結構的定義。<span style="color:#99330">訊號量是一個資料集合，使用者可以單獨使用這一集合的每個元素。</span>要呼叫的第一個函式是semget，用以獲 得一個訊號量ID。 <br><br> struct sem {<br> short sempid;/* pid of last operaton */<br> ushort semval;/* current value */<br> ushort semncnt;/* num procs awaiting increase in semval */<br> ushort semzcnt;/* num procs awaiting semval = 0 */<br> }<br><br> 　　 #include &lt;sys/types.h&gt; <br> 　　 #include &lt;sys/ipc.h&gt; <br> 　　 #include &lt;sys/sem.h&gt; <br> 　　 int semget(key_t key, int nsems, int flag); <br><br> 　 <span style="color:#99330">key是前面講過的IPC結構的關鍵字，<span style="color:#0080"><span style="color:#333333">flag</span>將來決定是建立新的訊號量集合，還是引用一個現有的訊號量集合。</span></span>nsems是該集合中的訊號量數。如果是建立新 集合（一般在伺服器中），則必須指定nsems；如果是引用一個現有的訊號量集合（一般在客戶機中）則將nsems指定為0。 <br><br> 　　 semctl函式用來對訊號量進行操作。 <br> 　　 int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg); <br> 　　 不同的操作是通過cmd引數來實現的，在標頭檔案sem.h中定義了7種不同的操作，實際程式設計時可以參照使用。 <br> 　　 <br> semop函式<span style="color:#99330">自動執行訊號量集合上的運算元組</span>。 <br> 　　 int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t nops); <br> 　　 semoparray是一個指標，它指向一個訊號量運算元組。nops規定該陣列中操作的數量。 <br><br> 　　 下面，我們看一個具體的例子，它建立一個特定的IPC結構的關鍵字和一個訊號量，建立此訊號量的索引，修改索引指向的訊號量的值，最後我們清除訊號量。在下面的程式碼中，函式ftok生成我們上文所說的唯一的IPC關鍵字。 <br><br> #include &lt;stdio.h&gt; <br> #include &lt;sys/types.h&gt; <br> #include &lt;sys/sem.h&gt; <br> #include &lt;sys/ipc.h&gt; <br> void main() { <br> key_t unique_key; /* 定義一個IPC關鍵字*/ <br> int id; <br> struct sembuf lock_it; <br> union semun options; <br> int i; <br><br> unique_key = ftok(".", 'a'); /* 生成關鍵字，字元'a'是一個隨機種子*/ <br> /* 建立一個新的訊號量集合*/ <br> id = semget(unique_key, 1, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666); <br> printf("semaphore id=%d\n", id); <br> options.val = 1; /*設定變數值*/ <br> semctl(id, 0, SETVAL, options); /*設定索引0的訊號量*/ <br><br> /*列印出訊號量的值*/ <br> i = semctl(id, 0, GETVAL, 0); <br> printf("value of semaphore at index 0 is %d\n", i); <br><br> /*下面重新設定訊號量*/ <br> lock_it.sem_num = 0; /*設定哪個訊號量*/ <br> lock_it.sem_op = -1; /*定義操作*/ <br> lock_it.sem_flg = IPC_NOWAIT; /*操作方式*/ <br> if (semop(id, &amp;lock_it, 1) == -1) { <br> printf("can not lock semaphore.\n"); <br> exit(1); <br> } <br><br> i = semctl(id, 0, GETVAL, 0); <br> printf("value of semaphore at index 0 is %d\n", i); <br><br> /*清除訊號量*/ <br> semctl(id, 0, IPC_RMID, 0); <br> } <br></wbr></wbr></wbr></wbr>