操作系统基础9-进程通信IPC
2020-10-21 18:00·重学IT的老猫
什么是进程通信？
进程通信(Interprocess Communication)就是指进程之间的信息交换。
进程是分配系统资源的单位(包括内存地址空间) ，各个进程拥有的内存地址空间相互独立，为了保证安全， 操作系统中规定一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间。如下图中的进程1就不能直接访问进程2的地址空间。
但是进程之间的信息交换又是必须要实现的。比如微信发送图片时，就是微信这个进程和手机管理图片的进程间的通信， 取出图片并且进行发送。
进程通信的方式
主要分为三种：管道通信，消息传递，共享存储
- 管道通信：进程间基于内存文件的一种通信机制
管道通信
管道：指用于连接读写进程的一个共享文件，又名pipe文件。其实就是在内存中开辟的一个大小固定的缓冲区。管道又可以分为匿名管道、命名管道。
在Linux下，管道是由pipe这个函数创建的，fd[0] 用于读，fd[1] 用于写。
匿名管道：只支持半双工通信（单向交替传输）；只能用于父子进程或兄弟进程之间，必须用于具有亲缘关系的进程间的通信**。**是特殊的文件，存在于内存。
命名管道(named pipe或FIFO)：可以在无关的进程之间交换数据。以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中，可以通过文件路径名来指出。FIFO 常用于客户-服务器应用程序中，FIFO 用作汇聚点，在客户进程和服务器进程之间传递数据。
消息传递
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来标识。
消息传递模型
进程间的数据交换以格式化的消息（Message）为单位。进程通过操作系统提供的“发送/接收消息”两个原语进行数据交换。是由操作系统维护的以字节序列为基本单位的通信机制。
相比于 FIFO，消息队列具有以下优点：
- 消息队列可以独立于读写进程存在，从而避免了 FIFO 中同步管道的打开和关闭时可能产生的困难；
- 避免了 FIFO 的同步阻塞问题，不需要进程自己提供同步方法；
- 读进程可以根据消息类型有选择地接收消息，而不像 FIFO 那样只能默认地接收。
消息传递方式也分为两种，分别是直接通信方式和间接通信方式。
直接通信方式
进程通信采用消息传递的直接通信方式时，消息会直接挂到接收进程的消息缓冲队列上。 举个例子：假如，进程1给进程2发送了两个消息。那进程2的消息缓冲队列如下。
间接通信方式
进程通信采用消息传递的间接通信方式时，发送进程会把消息发送到一个中间实体(信箱)中，而接收进程通过某些方法可以取得属于自己的消息，因此，这种方式也被称为"信箱通信方式"。
- 共享存储
共享存储就是操作系统另外分配一个内存区域用于进程间的通信，这就是共享空间，两个进程都可以访问这个共享空间， 但是两个进程对共享空间的访问必须是互斥的，即同一时间段只能有一个进程访问这个空间。 操作系统只负责提供共享空间和同步互斥工具。(有关进程的同步、互斥后续专门来说)
共享存储模型
然后共享存储又分为基于数据结构的共享和基于存储区的共享。
1.基于数据结构的共享：比如它的共享空间只能放一个长度为10的数组，数据量比较小，存储的数据形式也有限制。 所以这种方式速度慢，限制多， 是一种低级通信
2.基于存储区的共享：此时操作系统只负责提供内存，然后由进程来控制数据的形式和存放位置。所以这种方式速度更快，是一种高级的共享方式