操作系统 进程篇之进程间通信

前言

本文在操作系统的角度梳理操作系统进程间通信方式。

进程通信

进程通信是指进程之间的信息交换。
进程是操作系统分配资源的单位，每个进程拥有自己独立的内存地址空间；但是为了保证操作系统安全，一个进程是不能直接访问另一个进程的地址空间的，所以操作系统提供了一些方法来让进程间进行信息交换，即进程间通信。

操作系统提供的方式为：共享存储、管道通信和消息传递。

共享存储

操作系统为两个进程分配一个共享空间，这两个进程通过操作该共享空间来进行通信。

• 必须是互斥的
  两个进程对共享空间的访问必须是互斥的，还是通过操作系统提供的工具实现互斥，如P、V操作

• 共享存储分为两种，基于数据结构的共享和基于存储区的共享

  • 基于数据结构的共享
    即共享空间里只能存放一种固定的数据结构，这种共享方式速度慢，限制多，是一种低级通信方式。
  • 基于存储区的共享
    在内存中划出一块共享存储区，数据的形式、存放位置都由进程控制；这种共享方式速度更快，是一种高级通信方式。

管道通信

管道是指用于连接读写进程的一个共享文件，又叫pipe文件。其实就是在内存中开辟一个大小固定的缓冲区。
该缓冲区大小一般和一个内存页大小一致，在linux系统中就是4kb。

• 管道通信只能采用半双工的通信
  如果想要实现双向同时通信，则需要设置两个管道。

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• 各进程要互斥的访问管道

• 数据以字符流的形式写入管道：如果没写满，则就不允许读；如果没读空，就不允许写
  当管道写满时，写进程的write()系统调用将会被阻塞，等待读进程将数据取走；
  当读进程将数据全部取走后，管道变空，此时读进程的read()系统调用将会被阻塞；

• 数据一旦被读出，就从管道中被抛弃
  这就意味着读进程最多只能有一个，否则可能会有读错数据的情况。

消息传递

消息传递是指进程间的数据交换是以格式化的消息为单位，通过操作系统提供的发送消息/接收消息两个原语进行数据交换的方式。

• 格式化的消息
  一般由消息头和消息体组成；
  消息头包括：发送进程ID、接收进程ID、消息类型、消息长度等格式化的消息。
  

消息传递分为两种：直接通信方式和间接通信方式

• 直接通信方式
  进程1通过发送原语将格式化的消息发送给目标进程2，该消息直接挂到接收进程的消息缓冲队列队尾上，进程2通过接收原语依次读取缓冲队列中的值。
  

• 间接通信方式
  是指消息先发送到中间实体(信箱)中，因此也成为信箱通信方式。
  系统会为各个通信的进程管理一个信箱，该信箱中有各种各种的不同进程间正在通信的消息，因为消息头中包含了各个进程的信箱，所以不用担心会被取错。
  进程1通过发送原语将消息发送到信箱中，进程2 通过接收原语读取该消息。