kernel 进程间通信实例_设备间通信

进程间通信（IPC）是指在不同进程之间传播或交换信息，在操作系统中，每个进程拥有独立的地址空间，一般情况下它们不能互相访问对方的内存，但内核空间是每个进程都可以访问的，因此进程之间可以通过内核进行通信，Linux 内核提供了多种 IPC 机制，包括管道、消息队列、共享内存、信号量、信号和套接字等。

不同的 IPC 机制适用于不同的场景，管道适用于简单的数据传递，而共享内存则适用于大量数据的高效传输，这些机制各有优缺点，可以根据具体需求选择合适的方式。

管道

管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，它只能在具有亲缘关系的进程间使用，通常用于父子进程间的通信。

1. 匿名管道

匿名管道没有名字，使用完毕即销毁，创建匿名管道需要通过系统调用int pipe(int fd[2])，该调用返回两个文件描述符：一个用于读（fd[0]），一个用于写（fd[1]）。

读写规则

从管道读取数据时，如果写端不存在，则认为已读到数据的末尾，读函数返回0。

向管道写入数据时，如果没有读进程，写操作将一直阻塞。

应用场景

前一个命令的输出作为后一个命令的输入，如ps auxf | grep mysql。

2. 命名管道

命名管道（FIFO）允许无亲缘关系进程间的通信，通过mkfifo 命令创建，并给予一个路径名。

使用示例

创建命名管道：mkfifo myPipe

写入数据：echo "hello" > myPipe（会阻塞直到有进程读取数据）

读取数据：cat < myPipe（输出“hello”）。

消息队列

消息队列是由内核中的消息链表组成的，以消息体为单位存储，每个消息体可包含用户自定义的数据。

特点

发送方将数据放入消息队列后可立即返回。

每个消息体都有一个最大长度限制，以及一个队列的最大长度限制。

应用场景

适用于客户端服务器模型中的异步通信。

共享内存

共享内存是映射一段内存区域，使多个进程可以访问同一片物理内存，从而高效地交换大量数据。

特点

共享内存是最快的 IPC 方式。

通常与其他通信机制（如信号量）配合使用，实现进程间的同步和通信。

应用示例

一个进程创建共享内存，其他进程通过共享内存的标识符附着到该内存上进行读写操作。

信号

信号用于通知接收进程某个事件已经发生，信号是在软件层面上对中断机制的模拟。

特点

信号传递的信息量较少，主要用于通知进程某个事件的发生。

信号的种类很多，如 SIGTERM、SIGINT 等。

应用场景

用于异常处理和进程管理。

信号量

信号量是一个计数器，用于控制多个进程对共享资源的访问，主要作为锁机制，防止同时访问共享资源。

特点

信号量常用于同一进程内不同线程之间的同步。

主要用于进程同步，而非数据传输。

应用场景

适用于控制对共享资源的访问，如共享内存的访问控制。

套接字（Socket）

套接字不仅可用于同一主机上的进程间通信，还可用于不同主机间的通信。

特点

支持 TCP、UDP 等多种协议。

可用于跨网络的通信。

应用场景

广泛用于网络编程，如 Web 服务器和客户端的通信。

进程间通信的方式多种多样，每种方式都有其特定的适用场景和优缺点，在选择具体的 IPC 方式时，应根据实际需求和环境进行选择，对于在同一台机器上运行的高速通信，可以选择共享内存；而对于跨网络的通信，套接字则是更好的选择，了解这些 IPC 机制的原理和应用，有助于在实际开发中更好地设计和优化系统。