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深入了解Linux進(jìn)程通信和信號量
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Linux作為一種開源操作系統(tǒng)，在當(dāng)今世界中占有非常重要的市場地位。它被廣泛用于云計(jì)算、嵌入式設(shè)備、服務(wù)器、桌面環(huán)境以及超級計(jì)算機(jī)等不同的領(lǐng)域。不同的進(jìn)程要在系統(tǒng)中協(xié)同工作，就必須進(jìn)行進(jìn)程間通信。在這篇文章中，我們將深入了解Linux中進(jìn)程間通信和信號量，了解它們在底層的原理和應(yīng)用。
理解進(jìn)程
在操作系統(tǒng)中，進(jìn)程是指程序在計(jì)算機(jī)中的一個執(zhí)行實(shí)例。它包含了程序代碼、數(shù)據(jù)以及堆棧等信息。一個進(jìn)程可以包含多個執(zhí)行線程，每個線程都由一個程序計(jì)數(shù)器、堆棧和寄存器等數(shù)據(jù)構(gòu)成。線程和進(jìn)程之間的差異在于，多個線程共享同一個進(jìn)程地址空間。因此，當(dāng)進(jìn)程退出時(shí)，所有的線程也將退出。
每個進(jìn)程都有一個唯一標(biāo)識符，稱之為pid。操作系統(tǒng)根據(jù)pid來唯一地識別每個進(jìn)程。進(jìn)程可以在同一系統(tǒng)內(nèi)或者不同的系統(tǒng)之間進(jìn)行通信。進(jìn)程間通信是在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、共享資源或同步操作時(shí)使用的一種技術(shù)。在Linux中，進(jìn)程通信的主要方式為管道、信號、共享內(nèi)存、消息隊(duì)列和套接字等。
進(jìn)程間通信方式
管道
管道是指一種進(jìn)程間通信機(jī)制，用于將一個進(jìn)程的輸出發(fā)送到另一個進(jìn)程的輸入。管道通常包含一個讀取進(jìn)程和一個寫入進(jìn)程。對于寫入者來說，其數(shù)據(jù)被送入管道的輸入端；對于讀取者來說，其數(shù)據(jù)則從管道的輸出端讀取出來。
管道可以用于生成管道層級，也就是將多個進(jìn)程連接起來，形成管道樹狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)非常有用，因?yàn)樗梢詫⒏鞣N命令（例如grep、ls和cat命令）以不同的方式連接起來，形成巨大的Linux管道系統(tǒng)。
共享內(nèi)存
共享內(nèi)存是指一種允許多個進(jìn)程讀寫同一塊內(nèi)存的技術(shù)。在這種情況下，每個進(jìn)程都可以訪問同一塊共享內(nèi)存。這種技術(shù)非常適合于需要頻繁進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞的應(yīng)用程序。
消息隊(duì)列
消息隊(duì)列是指一種進(jìn)程間通信機(jī)制，用于在進(jìn)程間傳遞數(shù)據(jù)。在這種情況下，每個進(jìn)程都可以讀寫消息隊(duì)列。此外，不同的進(jìn)程可以發(fā)送和接收不同類型的消息。
信號
信號是指一種Linux內(nèi)核和進(jìn)程間通信機(jī)制，可以迅速地通知一個進(jìn)程中斷或其他事件的發(fā)生。在這種情況下，內(nèi)核會發(fā)送一個信號給進(jìn)程，進(jìn)程會在收到信號時(shí)調(diào)用相應(yīng)的信號處理程序。Linux中的信號包括SIGTERM、SIGABRT和SIGKILL等。這些信號主要用于終止一個程序或操作。
套接字
套接字是指一種在不同Linux進(jìn)程間傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)。它允許兩個進(jìn)程在通信時(shí)通過套接字編程接口來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。在Linux中，套接字傳輸協(xié)議包括TCP、UDP、IPX和NetBEUI等。
信號量
信號量是指一種Linux內(nèi)核和進(jìn)程間通信機(jī)制，用于在進(jìn)程間共享資源和進(jìn)行同步操作。在Linux中，每個信號量都有一個計(jì)數(shù)器。當(dāng)操作系統(tǒng)中的一些進(jìn)程需要訪問共享資源時(shí)，它們可以互相協(xié)調(diào)使用信號量，以防止競爭條件。這種機(jī)制非常適合于計(jì)算機(jī)程序中的同步任務(wù)。
Linux信號量分為五種：二值信號量、計(jì)數(shù)信號量、讀寫信號量、事件信號量和可重入信號量。二值信號量是指只有兩個值（0和1）的信號量。當(dāng)信號量在0和1之間切換時(shí)，它們可以保證只有一個進(jìn)程可以訪問共享資源。計(jì)數(shù)信號量是指能夠計(jì)數(shù)某種資源的有多少。每當(dāng)一個進(jìn)程需要訪問共享資源時(shí)，可以使用計(jì)數(shù)信號量計(jì)數(shù)每個進(jìn)程可以訪問的總數(shù)。讀寫信號量可以同步多個讀取進(jìn)程和一個寫入進(jìn)程之間的訪問。事件信號量可以標(biāo)識特定的事件和狀態(tài)?？芍厝胄盘柫渴侵改軌虮欢鄠€進(jìn)程同時(shí)使用的信號量。
結(jié)論
在本文中，我們學(xué)習(xí)了Linux中進(jìn)程間通信和信號量的原理和應(yīng)用。進(jìn)程間通信是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)編程中非常重要的一部分。了解這些技術(shù)可以幫助程序員更加深入地了解Linux本身。對于Linux程序員來說，理解這些概念將是他們編寫高質(zhì)量代碼的關(guān)鍵。
相關(guān)問題拓展閱讀：
- linux 信號燈和信號量的區(qū)別
- linux系統(tǒng)的進(jìn)程間通信有哪幾種方式
linux 信號燈和信號量的區(qū)別
信號量是耐隱與signal相關(guān)的內(nèi)容，是進(jìn)程間通信的一種方式，一個進(jìn)程可以向另一個進(jìn)程發(fā)送一個信號作為通知，除了signal系統(tǒng)調(diào)用外，相關(guān)內(nèi)容還有：
SEE ALSO
kill(1), alarm(2), kill(2), killpg(2), pause(2), sigaction(2), signalfd(2), sigpending(2), sigprocmask(2), sigsuspend(2), bsd_signal(3), raise(3), sigin-
terrupt(3), sigqueue(3), sigsetops(3), sigvec(3), sysv_signal(3), signal(7)
信號量也是進(jìn)程悶寬通信的一種方式，一般用于并發(fā)取得資源對應(yīng)鎖或者其他互斥操作，除了semget系統(tǒng)調(diào)用外，相關(guān)內(nèi)容還有螞畝亮：
SEE ALSO
semctl(2), semop(2), ftok(3), capabilities(7), sem_overview(7), svipc(7)
請參考
網(wǎng)頁鏈接
,這里介紹了信號燈
請參考 UNIX網(wǎng)絡(luò)編程,這里介紹了信號量
你會發(fā)現(xiàn),
信號量和信號燈是一樣的,是同一套api 的不同名字而已.
信號量的實(shí)現(xiàn) 分為兩種,一種是升兄 systemV,一種是POSIX
有些描述稱 systemV實(shí)現(xiàn)的信號量 為信號燈.
其他的培凱就沒什么了
linux系統(tǒng)的進(jìn)程間通信有哪幾種方式
一、方式
1、管道（Pipe）及有名管道（ mkpipe）：
管道可用于具有親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信，有名管道克服了管道沒有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它還允許無親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信；
2、信號（Signal）：
信號是比較復(fù)雜的通信方式，用于通知接受進(jìn)程有某種事件發(fā)生，除了用于進(jìn)程間通信外，進(jìn)程還可以發(fā)送信號給進(jìn)程本身。
linux除了支持Unix早期信號語義函數(shù)sigal外，還支持語義符合Posix.1標(biāo)準(zhǔn)的信號函數(shù)sigaction。
實(shí)際上，該函數(shù)是基于BSD的，BSD為了實(shí)現(xiàn)可靠信號機(jī)制，又能夠統(tǒng)一對外接口，用sigaction函數(shù)重新實(shí)現(xiàn)了signal函數(shù)。
3、消息隊(duì)列（Message）：
消息隊(duì)列是消息的鏈接表，包括Posix消息隊(duì)列system V消息隊(duì)列。有足夠權(quán)限的進(jìn)程可以向隊(duì)列中添加消息，被賦予讀權(quán)限的進(jìn)程則可以讀走隊(duì)列中的消息。消息隊(duì)列克服了信號承載信息量少，管道只能承載無格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺點(diǎn)。
4、共享內(nèi)存：
使得多個進(jìn)程可以訪問同一塊內(nèi)存空間，是最快的可衫銀用IPC形式。是針對其他通信機(jī)制運(yùn)行效率較低而設(shè)計(jì)的。往往與其它通信機(jī)制，如信號或巧宴量結(jié)合使用，來達(dá)到進(jìn)程間的同步及互斥。
5、信號量（semaphore）：
主要作為進(jìn)程間以及同一進(jìn)程不同線程之間的同步手段。
6、套接口（Socket）：
更為一般的進(jìn)程間通信機(jī)制，可用于不同機(jī)器之間的進(jìn)程間通信。起初是由Unix系統(tǒng)的BSD分支開發(fā)出來的，但現(xiàn)在一般可以移植到其它類Unix系統(tǒng)上：Linux和System V的變種都支持套接字。
二、概念
進(jìn)程間通信概念：
IPC—-InterProcess Communication
每個進(jìn)程各自有不同的用戶地址空間,任何一個進(jìn)程的全局變量在另一個進(jìn)程中都看不到所以進(jìn)程之間要交換數(shù)據(jù)必須通過內(nèi)核。
在內(nèi)核中開辟一塊緩沖區(qū),進(jìn)程1把數(shù)據(jù)從用戶空間拷到內(nèi)核緩沖區(qū),進(jìn)程2再從內(nèi)核緩沖區(qū)把數(shù)據(jù)讀走,內(nèi)核提供的這種機(jī)制稱為進(jìn)程間通信。
擴(kuò)展資料
1）無名管道:
管道是半雙工的，數(shù)據(jù)只能向一個方向流動；需要雙方通信時(shí)，需要建立起兩個管道；只能用于父子進(jìn)程或者兄弟進(jìn)程之間（具有親緣關(guān)系的進(jìn)程）。
管道對于管道兩端的進(jìn)程而言，就是一個文件，但它不是普通的文件，它不屬于某種文件系統(tǒng)，構(gòu)成兩進(jìn)程間通信的一個媒介。
數(shù)據(jù)的讀出和寫入：一個進(jìn)程向管道中寫的內(nèi)容被管道另一端的進(jìn)程讀出。寫入的內(nèi)容每次都添加在管道緩沖區(qū)的末尾，并且每寬雹次都是從緩沖區(qū)的頭部讀出數(shù)據(jù)。
2）有名管道：
不同于管道之處在于它提供一個路徑名與之關(guān)聯(lián)，以FIFO的文件形式存在于文件系統(tǒng)中。這樣，即使與FIFO的創(chuàng)建進(jìn)程不存在親緣關(guān)系的進(jìn)程，只要可以訪問該路徑，就能夠彼此通過FIFO相互通信（能夠訪問該路徑的進(jìn)程以及FIFO的創(chuàng)建進(jìn)程之間）。
因此，通過FIFO不相關(guān)的進(jìn)程也能交換數(shù)據(jù)。值得注意的是，F(xiàn)IFO嚴(yán)格遵循先進(jìn)先出（first in first out），對管道及FIFO的讀總是從開始處返回?cái)?shù)據(jù)，對它們的寫則把數(shù)據(jù)添加到末尾。它們不支持諸如lseek()等文件定位操作。
# 管道( pipe )：管道是一種半雙工的通信方式，數(shù)據(jù)只能單向流動，而且只能在具有親緣關(guān)系的進(jìn)程間使用。進(jìn)程的親緣關(guān)系通常是指父子進(jìn)程關(guān)系。
# 有名管道 (named pipe) ： 有名管道也是半雙工的通信方式，但是它允許無親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信。
# 信號量( semophore ) ： 信號量是一個計(jì)數(shù)器，可以用來控制多個進(jìn)程對共享資源的訪問。它常作為一種鎖機(jī)制，防止某進(jìn)程正在訪問共享資擾型源時(shí)，其他進(jìn)程也訪問該資源。因此，主要作為進(jìn)程間以及同一進(jìn)程內(nèi)不同線程之間的同步手段。
# 消息隊(duì)列( message queue ) ： 消息隊(duì)列是由消息的鏈表，存放在內(nèi)核中并由消息隊(duì)列標(biāo)識符標(biāo)識。消息隊(duì)列克服了信號傳遞信息少、管道只能承載無格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺點(diǎn)。
# 信號 ( sinal ) ： 信號是一種比較復(fù)雜的通信方式，用于通知接收進(jìn)程某個事件已經(jīng)發(fā)生。
# 共享內(nèi)存( shared memory ) ：共享內(nèi)存就是映射一段能被其他進(jìn)程所訪問的內(nèi)存，這段共享內(nèi)存由一個進(jìn)程創(chuàng)建，但多個進(jìn)程都可以訪問。共享內(nèi)存是最快的 IPC 方式，它是針對其他進(jìn)程間通信方式運(yùn)行效哪爛率低而專門設(shè)計(jì)的。它往往與其他通信機(jī)制，如信號兩，配合使用，來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步和通信。
# 套接字( socket ) ： 套解口也是一種進(jìn)程間通信機(jī)制，與其他通信機(jī)制不緩緩猜同的是，它可用于不同及其間的進(jìn)程通信。
管道
消息隊(duì)列
unix domain socket
共享內(nèi)存
信號量
進(jìn)程間通信(IPC，Interprocess
communication)是一組編程接口，讓程序員能夠協(xié)調(diào)不同的進(jìn)程，使之能在一個操作系統(tǒng)里同時(shí)運(yùn)行，并相互傳遞、交換信息。這使得一個程序能夠在同一時(shí)間里處理許多用戶的要求。因?yàn)榧词怪挥幸粋€用戶發(fā)出要求，也可能導(dǎo)致一個操作系統(tǒng)中多個進(jìn)程的運(yùn)行，進(jìn)程之間必須互相通話。IPC接口就提供了這種可能性。每個IPC方法均有它自己的優(yōu)點(diǎn)和局限性，一般，對于單個程序而言使用所有的IPC方法是不常見的。
1、無名管道通信
無名管道(pipe)：管道是一種半雙工的通信方式，數(shù)據(jù)只能單向流動，而且只能在具有親緣關(guān)系的進(jìn)程間使用，進(jìn)程的親緣關(guān)系通常是指父子進(jìn)程關(guān)系。
2、高級管道通信
高級管道(popen)：將另一個程序當(dāng)做一個新的進(jìn)程在當(dāng)前程序進(jìn)程中啟動，則它算是當(dāng)前程序的子進(jìn)程，這種方式我們稱為高級管道方式。
3、有名管道彎沒通信
有名管道(named pipe)：有名管道也是半雙工的通信方式，但是它允許無親緣關(guān)埋游納系進(jìn)程間的通信。
4、消息隊(duì)列通信
消息隊(duì)列(message
queue)：消息隊(duì)列是由消息的鏈表，存放在內(nèi)核中并由消息隊(duì)列標(biāo)識符標(biāo)識，消息隊(duì)列克服了信號傳遞信息少、管道只能承載無格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺點(diǎn)。
5、信號量通信
信號量(semophore)：信號量是一個計(jì)數(shù)器，可以用來控制多個進(jìn)程對共享資源的訪問，它常作為一種鎖機(jī)制，防止某進(jìn)程正在訪問共享資源時(shí)，其他進(jìn)程訪問該資源。因此，主要作為進(jìn)程間以及同一進(jìn)程內(nèi)不同線程之間的同步手段。
6、信號
信號(sinal)：信號是一種比較復(fù)雜的通信方式，用于通知接收進(jìn)程某個事件已經(jīng)發(fā)生。
7、共享內(nèi)存通信
共享內(nèi)存(shared
memory)：共享內(nèi)存就是映射一段能被其他進(jìn)程所訪問的內(nèi)存，這段共享內(nèi)存由一個進(jìn)程創(chuàng)建，但多磨閉個進(jìn)程都可以訪問。共享內(nèi)存是最快的IPC方式，它是針對其他進(jìn)程間通信方式運(yùn)行效率低而專門設(shè)計(jì)的。它往往與其他通信機(jī)制，如信號量，配合使用，來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步和通信。
8、套接字通信
套接字(socket)：套接字也是一種進(jìn)程間通信機(jī)制，與其他通信機(jī)制不同的是，它可用于不同機(jī)器間的進(jìn)程通信。
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標(biāo)題名稱：「深入了解linux進(jìn)程通信與信號量」(linux進(jìn)程通信信號量)
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