计算机编程第8章 进程间通信.pptxVIP

第8章 进程间通信· 信号量· 共享内存· 进程间通信的常用方式· 管道· 消息队列目录页Part 4Part 1Part 3Part 2管道消息队列信号量共享内存目录页Part 4Part 1Part 3Part 2共享内存管道消息队列信号量第8章 进程间通信Linux系统中进程通信的机制继承自Unix，后经贝尔实验室与BSD对进程间通讯手段的改进与扩充，以及POSIX标准对Unix标准的统一，发展出如今Linux系统中使用的进程通信（IPC）机制，即包含管道通信、信号量、消息队列、共享内存以及socket通信等的诸多通讯机制。网络通信SystemV8.1 管道管道是一种最基本的进程通信机制，其实质是由内核管理的一个缓冲区，可以形象地认为管道的两端连接着两个需要进行通信的进程，其中一个进程进行信息输出，将数据写入管道；另一个进程进行信息输入，从管道中读取信息。管道的逻辑结构如图所示。图8-1 pipe/管道通信机制8.1 管道管道分为匿名管道（pipe）和命名管道（named pipe）。在进程中创建的管道是匿名管道，进程退出后管道会被销毁，匿名管道只能用于有亲缘关系的进程间通信。命名管道被具象化为一个文件，在进程中可使用操作文件的方式向内存中写入或从内存中读出数据，命名管道与进程的联系较弱，相当于一个读写内存的接口，进程退出后，命名管道依然存在。8.1.1 匿名管道匿名管道的使用流程如下：①在进程中创建匿名管道②关闭进程中不使用的管道端口③在待通信的进程中分别对管道的读、写端口进行操作④关闭管道pipe()函数close()函数read()/write()函数close()函数8.1.1 匿名管道pipe()函数存在于函数库unistd.h中，其函数声明如下：int pipe(int pipefd[2]);说明：①参数pipefd是一个文件描述符数组；②管道文件的实质是内核缓存区，借助文件系统中的file结构与VFS中的索引结点实现。8.1.1 匿名管道pipe()函数的参数pipefd是一个数组，当在程序中使用pipe()创建管道时，程序可以通过传参的方式，获取两个文件描述符，分别交给需要通信的两个进程，内核再将这两个进程中文件描述符对应file结构中的inode指向同一个临时的VFS索引结点，并使这个索引结点指向同一个物理页面。管道实现机制如图8-2所示。f_inode指向同一个inode图8-2 管道实现机制f_op指向不同的操作8.1.1 匿名管道匿名管道利用fork机制建立联系，刚创建出的管道，读写两端都连接在同一个进程上，当进程中调用fork()创建子进程后，父子进程共享文件描述符，因此子进程拥有与父进程相同的管道。pipe()创建管道后读端对应的文件描述符为fd[0]，写端对应的文件描述符为fd[1]，fork后父子进程中文件描述符与管道的关系如图8-3所示。图8-3 父进程fork出子进程8.1.1 匿名管道假设在父进程中进行写操作，在子进程中进行读操作，那么应使用close()函数关闭父进程中的读端与子进程中的写端。此后父子进程中文件描述符与管道的关系如图8-4所示。图8-3 父进程fork出子进程图8-4 父子进程文件描述符与管道间的关系8.1.1 匿名管道案例1：使用pipe()实现父子进程间通信，要求父进程作为写端，子进程作为读端。例8-1.docx点例8-1.docx击查看例8-1代码8.1.1 匿名管道有亲缘关系的进程，除父子外，还有兄弟进程等具备其它联系的进程，这些进程都依靠fork()创建，因此每个进程初始时都会有两个指向管道文件的文件描述符，实现这些进程间通信的实质，是关闭多个进程中多余的文件描述符，只为待通信进程各自保留读端或写端。假设要实现兄弟进程间的通信，那么系统中进程文件描述符与管道的关系如图8-5所示，其中实线所示的箭头为编程中需要保留的文件描述符。图8-5 兄弟进程间通信的管道实现8.1.1 匿名管道案例2：使用管道实现兄弟进程间通信，使兄弟进程实现命令“ls | wc –l”的功能。例8-2.docx点例8-2.docx击查看例8-2代码8.1.1 匿名管道管道是最简单的进程通信方式，但受自身数据传输机制的限制，使用管道时有以下几种情况需要注意：（1）管道采用半双工通信方式，只能进行单向数据传递，为严谨起见，应使用close()函数关闭除通信端口之外的端口。（2）管道只能进行半双工通信，若要实现同时双向通信，需要为通信的进程创建两个管道。（3）有指向管道读端的文件描述符打开时，向管道中写入数据才有意义。8.1.1 匿名管道管道是最简单的进程通信方式，但受自身数据传输机制的限制，使用管道时有以下几种情况需要注意：（4）若所有指向管道写端的文件描述符都被关