进程间通信管道和信号共74页

linux进程通信机制管道LINU某进程通信之管道进程间通信（IPC）指的是至少两个进程间传送数据或者信号的一些技术和方法，进程是计算机系统分配资源的基本单位，每个进程都有自己的一部分独立的系统资源，彼此是隔离的。

为了能使不同的进程互相访问资源并进行协调工作，才有了进程之间的通信。

操作系统中进程间传递的信息量有多有少，因此根据进程通信时信息量大小的不同，可以将进程通信划分为两大类型，一种类型主要用于传递进程之间同步、互斥、终止、挂起等控制信息的传递，由于进程互斥与同步交换的信息量较少，并且每次通信传递的信息量固定且效率较低，因此称这两种通信方式为低级通信方式，主要方式有信号量。

另一种类型在进程间以较高的效率传送大量数据，被称为高级通信方式，主要方式有管道，共享内存和消息队列。

下面就管道通信进行论述。

管道是Linu某支持的最初Uni某IPC形式之一，当两个进程利用管道进行通信时，发送信息的进程称为写进程，接收信息的进程称为读进程。

管道通信方式的中间介质就是文件，通常称这种文件为管道文件．它就像管道一样将一个写进程和一个读进程连接在一起，实现两个进程之间的通信。

写进程通过写入端(发送端)往管道文件中写入信息，读进程通过读出端(接收端)从管道文件中读取信息。

管道具有如下特点：1)管道是半双工的，数据只能向一个方向流动，数据只能由写的一方向读得一方流动。

2)单独构成一种独立的文件系统：管道对于管道两端的进程而言，就是一个文件，成为管道文件，但它不属于某种文件系统，而是自立门户，单独构成一种文件系统，并且只存在与内存中。

3)数据的读出和写入：管道建立时，通信两端的任务都是被固定了的，也就是说，一端只能用于读，而另一端只能用于写,写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。

管道提供了从一种进程向另一种进程传输数据的有效方法,但是,管道还是存在一些不足:（1）因为读数据的同时也将数据从管道移去,因此管道不能用来对多个接受者广播数据。

进程间通信之管道1、介绍管道和有名管道是最早的进程间通信机制之⼀，管道可⽤于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许⽆亲缘关系进程间的通信。

2、特点管道：本质是⼀个伪⽂件(实为内核使⽤环形队列机制，借助内核缓冲区(4k)实现)。

有名管道：不同于管道，它提供⼀个路径名与之关联，以FIFO的⽂件形式存在于⽂件系统中。

这样，即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程，只要可以访问该路径，就能够彼此通过FIFO相互通信，因此，通过FIFO不相关的进程也能交换数据。

半双⼯的，数据只能向⼀个⽅向流动；需要双⽅通信时，需要建⽴起两个管道；由两个⽂件描述符引⽤，⼀个表⽰读端，⼀个表⽰写端；规定数据从管道的写端流⼊管道，从读端流出（写⼊的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，并且每次都是从缓冲区的头部读出数据，不⽀持诸如lseek()等⽂件定位操作）；数据⼀旦被读⾛，便不在管道中存在，不可反复读取。

3、管道的读写⾏为使⽤管道需要注意以下4种特殊情况（假设都是阻塞I/O操作，没有设置O_NONBLOCK标志）：1. 如果所有指向管道写端的⽂件描述符都关闭了（管道写端引⽤计数为0），⽽仍然有进程从管道的读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会返回0，就像读到⽂件末尾⼀样。

2. 如果有指向管道写端的⽂件描述符没关闭（管道写端引⽤计数⼤于0），⽽持有管道写端的进程也没有向管道中写数据，这时有进程从管道读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会阻塞，直到管道中有数据可读了才读取数据并返回。

3. 如果所有指向管道读端的⽂件描述符都关闭了（管道读端引⽤计数为0），这时有进程向管道的写端write，那么该进程会收到信号SIGPIPE，通常会导致进程异常终⽌。

当然也可以对SIGPIPE信号实施捕捉，不终⽌进程。

具体⽅法信号章节详细介绍。

4. 如果有指向管道读端的⽂件描述符没关闭（管道读端引⽤计数⼤于0），⽽持有管道读端的进程也没有从管道中读数据，这时有进程向管道写端写数据，那么在管道被写满时再次write会阻塞，直到管道中有空位置了才写⼊数据并返回。

进程间通信详解⼀、管道管道，通常指⽆名管道，是 UNIX 系统IPC最古⽼的形式。

1、特点：1. 它是半双⼯的（即数据只能在⼀个⽅向上流动），具有固定的读端和写端。

2. 它只能⽤于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是⽗⼦进程或者兄弟进程之间）。

3. 它可以看成是⼀种特殊的⽂件，对于它的读写也可以使⽤普通的read、write 等函数。

只存在于内存中。

⼆、FIFOFIFO，也称为命名管道，它是⼀种⽂件类型。

1、特点1. FIFO可以在⽆关的进程之间交换数据，与⽆名管道不同。

2. FIFO有路径名与之相关联，它以⼀种特殊设备⽂件形式存在于⽂件系统中。

三、消息队列消息队列，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（即队列ID）来标识。

1、特点1. 消息队列是⾯向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。

2. 消息队列独⽴于发送与接收进程。

进程终⽌时，消息队列及其内容并不会被删除。

3. 消息队列可以实现消息的随机查询,消息不⼀定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。

四、信号量信号量（semaphore）与已经介绍过的 IPC 结构不同，它是⼀个计数器。

信号量⽤于实现进程间的互斥与同步，⽽不是⽤于存储进程间通信数据。

1、特点1. 信号量⽤于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存。

2. 信号量基于操作系统的 PV 操作，程序对信号量的操作都是原⼦操作。

3. 每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，⽽且可以加减任意正整数。

4. ⽀持信号量组五、共享内存共享内存（Shared Memory），指两个或多个进程共享⼀个给定的存储区。

1、特点1. 共享内存是最快的⼀种 IPC，因为进程是直接对内存进⾏存取。

2. 因为多个进程可以同时操作，所以需要进⾏同步。

3. 信号量+共享内存通常结合在⼀起使⽤，信号量⽤来同步对共享内存的访问。

六、socket这是⼀种更为⼀般得进程间通信机制，它可⽤于⽹络中不同机器之间的进程间通信，应⽤⾮常⼴泛。

运行结果如下：结果分析：父进程首先被调用时，运行结果为：之后父进程阻塞等待子进程终止，当系统调度子进程运行时，输出如下的信息：之后父进程被唤醒，调度运行，输出如下结果后程序退出。

对于以上的结果：首先父进程使用pipe（chan1）系统调用打开一个无名管道，之后创建一个子进程。

子进程复制父进程的打开文件表。

为了正确通信，父进程关闭读通道close（chan1[0]），子进程关闭写通道close（chan1[1]）。

父进程向管道写，子进程从管道读。

完成一次通信之后，父进程分别关闭自己的写/读通信，管道文件消失。

2.以命名行为参数的管道文件的示例。

(假设有一个可执行程序chcase，从标准输入设备读字符，将小写字母转化成大写字母并输出。

主程序使用popen创建管道，实现蒋某文本文件中的字幕转化成大写字母，其中的文本文件名作为参数传进来。

)编写的程序如下：运行结果是：结果分析：通过程序运行结果可知，先打开文本文件，如果文本打开失败，则执行exit（1），退出程序，如果文本通过函数开成功，则popen 创建一个可写管道，将命令行chcase的输入与管道的输入连接起来，然后向管道输入数据，此时命令行就可以通过管道接受文本文件的数据了,在从文件中读出数据时，独处的内容放在line[]数组中,fpin表示从刚打开的文件里读出。

之后要编写字母大小写转化函数，来实现小写字母转化成大写字母。

3.创建有名管道。

编写的程序如下：运行结果是：前台运行结果：后台运行结果：结果分析：此程序是把管道和命令联系起来，read( )的系统调用格式是read(fd,buf,n)，参数定义是int read(fd,buf,n); int fd; char *buf; unsigned n;它的功能是从fd所指示的文件中读出n个字节的数据，并将它们送至由指针buf所指示的缓冲区中。

如该文件被加锁，等待，直到锁打开为止；write( )系统调用格式是read(fd,buf,n)，它的功能是把n个字节的数据，参数定义同read( )，而父进程则从管道中读出来自两个进程的信息，显示在屏幕上。

进程和进程间通信进程是操作系统中的一个基本概念，它代表了一个正在运行的程序实例。

在现代操作系统中，多个进程可以同时运行，并且需要进行相互之间的通信和协调。

进程间通信（Inter-Process Communication，IPC）是指不同进程之间进行数据交换和共享的机制。

一、进程间通信的需求与作用进程间通信的需求主要体现在以下几个方面：1. 数据共享：不同进程可能需要共享数据，以便实现信息的交换和共同处理。

2. 信息传递：进程之间可能需要进行消息的传递，以便进行协调和同步。

3. 资源共享：进程可能需要共享系统资源，如文件、设备等。

进程间通信的作用主要包括：1. 提高系统性能：进程间通信可以使不同进程并发执行，提高系统整体的运行效率。

2. 实现协作：不同进程之间可以交换信息、协调工作，实现更复杂的任务。

3. 实现分布式计算：通过进程间通信，可以将任务分布到不同的进程或计算机上进行并行处理。

二、进程间通信的方式在实际应用中，进程间通信可以通过多种方式来实现：1. 管道（Pipe）：管道是一种半双工的通信方式，可以用于具有亲缘关系的进程之间进行通信。

常见的管道实现有匿名管道和有名管道。

2. 消息队列（Message Queue）：消息队列是一种通过系统内核提供的消息缓冲区进行通信的方式，具有高度灵活性和可靠性。

3. 信号量（Semaphore）：信号量是一种计数器，用于实现进程之间的同步和互斥操作，常用于控制对共享资源的访问。

4. 共享内存（Shared Memory）：共享内存是一种将同一块物理内存映射到多个进程的通信方式，可以实现数据的快速共享。

5. 套接字（Socket）：套接字是一种通信机制，可以用于实现不同计算机之间的进程间通信，常用于网络编程。

以上只是进程间通信的一些常见方式，实际上还有其他方式如信号、文件、RPC（远程过程调用）等。

在选择具体的通信方式时，需要根据实际场景需求进行综合考虑。

了解电脑操作系统的进程间通信电脑操作系统中的进程间通信是指不同进程之间进行数据传递和信息交换的过程。

进程是操作系统中的基本单位，它代表着一个正在运行的程序。

进程间通信的目的是实现多个进程之间的协作和数据共享，从而提高系统的效率和性能。

进程间通信的方式有多种，包括管道、消息队列、信号量、共享内存等。

下面将逐一介绍这些通信方式及其特点。

1. 管道管道是一种半双工的通信方式，它分为无名管道和有名管道。

无名管道只能在具有父子关系的进程之间通信，而有名管道可以在不相关的进程之间通信。

管道的通信方式是通过将数据写入一个进程的输出端，然后由另一个进程从输入端读取数据。

它适用于数据量较小且有顺序要求的通信场景。

2. 消息队列消息队列是一种存放在内核中的消息链表，在发送进程和接收进程之间传递数据。

发送进程将消息发送到队列中，接收进程从队列中读取消息。

消息队列可以实现不相关进程之间的通信，且可以同时处理多个发送和接收操作。

它适用于并发性要求较高的场景。

3. 信号量信号量是一种用于进程间同步和互斥的机制。

通过设置信号量的初值，进程可以通过对信号量进行P（等待）和V（释放）操作来实现对共享资源的互斥访问。

信号量可以用于解决生产者-消费者问题、读者-写者问题等经典的进程同步与互斥问题。

4. 共享内存共享内存是一种进程间共享数据的方法，多个进程可以直接访问同一块内存区域。

进程可以通过读写该内存区域来进行数据的交换和共享。

由于共享内存不涉及内核的切换和数据的拷贝，所以速度较快，但同时也要求进程之间的同步和互斥。

除了上述几种常用的进程间通信方式外，还有其他一些更高级的通信机制，如远程过程调用（RPC）、网络套接字等。

它们可以在不同的计算机之间实现进程间通信，扩展了通信的范围和方式。

在实际应用中，选择何种进程间通信方式取决于具体的业务需求和系统架构。

不同的通信方式有各自的优缺点，需要根据实际情况进行选择。

同时，为了确保通信的正确性和可靠性，应当在设计和实现过程中考虑进程同步、错误处理等因素。

C语言进程间通信方法在多道程序设计中，不同的进程之间需要进行通信和协调，以实现数据交换和资源共享。

而在C语言中，有几种主要的进程间通信方法，包括管道、信号、共享内存和消息队列。

下面将逐一介绍这些方法的特点和应用场景。

1. 管道（Pipe）管道是一种半双工的通信方式，它可以在父进程和子进程之间创建一个用于通信的文件描述符。

管道可以分为匿名管道和命名管道两种。

匿名管道只能在具有亲缘关系的进程之间使用，使用函数pipe()可以创建一个管道，并返回两个文件描述符，分别用于读取和写入管道。

父进程可以将数据写入管道，子进程则从管道中读取数据。

命名管道则允许没有亲缘关系的进程之间进行通信，用于创建命名管道的函数为mkfifo()。

不同于匿名管道，命名管道可以在文件系统中创建一个特殊的文件，进程可以通过打开该文件进行通信。

2. 信号（Signal）信号是一种异步的通信方式，它用于通知进程发生了某个特定事件。

在C语言中，可以使用signal()函数来设置信号的处理函数。

进程可以通过发送信号给另一个进程来实现简单的通信。

信号的应用场景较为广泛，例如进程终止和异常处理。

当进程接收到信号时，可以根据信号的类型来执行相应的处理操作。

3. 共享内存（Shared Memory）共享内存允许多个进程之间访问同一块物理内存，以实现高效的数据共享。

进程可以使用shmget()函数创建一个共享内存区域，并使用shmat()函数将共享内存映射到本进程的地址空间中。

共享内存的好处在于数据传输效率高，因为进程直接访问内存而无需通过中介来实现通信。

然而，共享内存的使用需要更加小心，因为没有任何机制来保护共享数据的完整性和一致性。

4. 消息队列（Message Queue）消息队列是一种可以在不同进程之间传输数据的通信方式。

它允许将消息发送到消息队列中，并由其他进程从中读取。

消息的顺序按照发送的顺序进行。

通过调用msgget()函数可以创建或打开一个消息队列，而使用msgsnd()函数和msgrcv()函数分别用于发送和接收消息。

进程管理实验报告【姓名】…【学号】…【实验题目】进程管理【实验目的】a.加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别；b.进一步认识并发执行的实质；c.分析进程争用资源的现象，学习解决进程互斥的方法；d．了解Unix系统中进程通信的基本原理【实验预备知识】学习UNIX中有关进程创建、控制和通信的部分。

【实验方法】利用Unix系统提供的内部函数创建进程并管理进程，从而实现进程控制、进程间通信和进程的管道通信。

【实验内容】（1）进程的创建编写程序，创建两个子进程。

当此程序运行时，系统中有一个父进程和两个子进程。

父进程在屏幕上显示“Parent”，子进程分别在屏幕上显示“Child1”和“Child2”。

（2）进程控制如果在程序中使用系统调用lockf()来给每一个进程加锁，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象。

（3）进程间通信①编制一个程序，使其实现进程的软中断通信。

要求：使用系统调用fork()创建两个子进程，再用系统调用signal()让父进程捕捉键盘上来的中断信号（即DEL键）；当捕捉到中断信号后，父进程用系统调用kill()向两个进程发出信号，子进程捕捉到信号后分别输出下列信息后终止：Child Process 1 is Killed by Parent!Child Process 2 is Killed by Parent!父进程等待两个子进程终止后，输出如下信息后终止：Parent Process is killed!②在上面的程序中增加语句signal(SIGINT, SIG_IGN)和signal(SIGQUIT, SIG_IGN)，观察执行结果，并分析原因。

（4）进程的管道通信编制一段程序，实现进程的通信。

使用系统调用pipe()建立一条管道；两个子进程P1和P2分别向管道各写一句话：Child 1 is sending a message!Child 2 is sending a message!而父进程则从管道中读出来自两个子进程的信息，显示在屏幕上。

进程间通信;范例进程间通信（Inter-Process Communication，简称IPC）是指在操作系统中，不同进程之间进行信息传递和共享资源的一种机制。

进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位，不同进程之间的通信是实现多任务协同工作的重要手段。

进程间通信的方式有多种，常见的包括管道、信号、消息队列、共享内存和套接字等。

下面将逐一介绍这些方式的特点和使用场景。

1. 管道（Pipe）：管道是一种半双工的通信方式，适用于具有亲缘关系的父子进程间通信。

它分为匿名管道和命名管道两种。

匿名管道只能在具有亲缘关系的进程间使用，通过调用pipe()系统调用创建。

命名管道使用FIFO（First In First Out）文件实现，可以在不具有亲缘关系的进程间通信。

2. 信号（Signal）：信号是一种异步通信方式，用于处理进程间的事件通知。

当一个进程产生某个事件时，可以向另一个进程发送信号来通知它。

常见的信号有SIGINT（中断信号）和SIGUSR1（用户自定义信号1）等。

进程可以通过调用signal()系统调用来注册信号处理函数，从而对接收到的信号做出相应的处理。

3. 消息队列（Message Queue）：消息队列是一种在进程间传递数据的方式，适用于不同进程间的异步通信。

发送进程将消息写入消息队列，接收进程从消息队列中读取消息。

消息队列具有发送方和接收方之间的解耦特性，可以提高系统的稳定性和可靠性。

4. 共享内存（Shared Memory）：共享内存是一种高效的进程间通信方式，适用于需要大量数据交换的场景。

通过将一块内存映射到多个进程的地址空间，进程可以直接读写共享内存中的数据，而无需进行数据拷贝。

但共享内存需要进程之间进行同步和互斥来避免数据访问冲突。

5. 套接字（Socket）：套接字是一种跨网络的进程间通信方式，适用于不同主机间的通信。

套接字提供了一种统一的接口，使得进程可以通过网络发送和接收数据。

进程间通信的描述进程间通信（Inter-Process Communication，简称IPC）是指操作系统中不同进程之间进行数据交换和共享的一种机制。

在现代操作系统中，多个进程同时运行，它们可能需要相互协作完成某项任务，这就需要它们进行通信。

进程间通信是实现进程间数据传输和信息共享的重要手段。

进程间通信的主要目的是实现不同进程之间的数据传递和共享。

在实际应用中，进程间通信主要有以下几种方式：1. 管道（Pipe）：管道是一种最基本的进程间通信方式，它可以在具有亲缘关系的进程之间进行通信。

管道是一个单向的通道，数据只能在一个方向上流动。

在创建管道时，操作系统会创建两个文件描述符，一个用于读取数据，一个用于写入数据。

通过管道，一个进程可以将数据传递给另一个进程。

2. 信号量（Semaphore）：信号量是一种进程间同步的机制，它可以用来实现进程之间的互斥和同步。

信号量主要有两种操作：P操作和V操作。

P操作用于申请资源，如果资源已经被占用，则进程会被阻塞；V操作用于释放资源，如果有其他进程在等待该资源，则会唤醒其中一个进程。

通过信号量，多个进程可以实现对共享资源的互斥访问。

3. 共享内存（Shared Memory）：共享内存是一种高效的进程间通信方式，它允许多个进程直接访问同一块内存区域。

不同进程可以通过共享内存来交换数据，而无需复制数据。

共享内存通常用于需要频繁交换大量数据的场景，如图像处理、视频编解码等。

4. 消息队列（Message Queue）：消息队列是一种进程间通信的方式，它允许多个进程通过在消息队列中发送和接收消息来进行通信。

消息队列中的消息可以按照一定的优先级进行排序，接收进程可以按照顺序接收消息。

消息队列通常用于进程之间的异步通信。

5. 套接字（Socket）：套接字是一种进程间通信的方式，它可以在不同主机或同一主机的不同进程之间进行通信。

套接字通常用于网络编程，它可以通过TCP或UDP协议进行数据传输。

进程间通信方式及实现方法进程间通信是计算机系统中重要的概念，它指的是不同进程之间进行数据交换和信息传递的方式。

在操作系统中，进程之间通信的方式和实现方法有多种，主要包括管道、消息队列、信号量、共享内存和套接字等。

首先，管道是进程之间通信的一种简单方式，可以是匿名管道或命名管道。

匿名管道只能在具有亲缘关系的父子进程之间进行通信，而命名管道则可以在无亲缘关系进程之间通信。

管道是一种单向通信方式，只支持一端写入，一端读取的模式。

其次，消息队列是一种实现进程间通信的方式，允许不同进程之间通过消息传递来交换数据。

消息队列提供了先进先出的数据传递机制，进程可以按照消息的顺序进行读取和发送。

消息队列可以实现跨越不同主机之间的通信，是一种较为灵活和高效的通信方式。

另外，信号量是一种进程同步和互斥的机制，通过对共享内存中的信号量进行操作来实现进程之间的同步和互斥。

进程可以通过信号量进行进程间的通信和资源的互斥访问，确保多个进程之间的访问顺序和一致性。

共享内存是一种高效的进程间通信方式，它允许多个进程访问相同的内存区域，实现了进程之间的数据共享。

共享内存可以提高进程间通信的速度和效率，适用于需要频繁交换数据的场景。

最后，套接字是一种通用的进程间通信方式，通过网络套接字实现进程之间不同主机的通信，通过本地套接字实现同一主机内不同进程之间的通信。

套接字支持多种协议和数据格式，可以实现灵活且高效的进程间通信。

综上所述，不同的进程间通信方式各有优缺点，开发者可以根据具体的需求和场景选择合适的方式进行实现。

进程间通信是实现多任务协作和数据交换的关键技朧，在计算机系统中有着广泛的应用和重要性。

有效的进程间通信方式可以提高系统的性能和并发能力，增强系统的稳定性和可靠性。