程序間通訊的五種方式

前言：

程序通訊：

每個程序各自有不同的使用者位址空間,任何乙個程序的全域性變數在另乙個程序中都看不到，所以程序之間要交換資料必須通過核心,在核心中開闢一塊緩衝區,程序a把資料從使用者空間拷到核心緩衝區,程序b再從核心緩衝區把資料讀走,核心提供的這種機制稱為程序間通訊。

程序間通訊（ipc）介紹

程序間通訊（ipc，interprocess communication）是指在不同程序之間傳播或交換資訊。

ipc的方式通常有管道（包括無名管道和命名管道）、訊息佇列、訊號量、共享儲存、socket、streams等。其中 socket和streams支援不同主機上的兩個程序ipc。

管道，通常指無名管道，是 unix 系統ipc最古老的形式。

1、特點：

#include 
int pipe
(int fd[2]
);// 返回值：若成功返回0，失敗返回-1

2.1 匿名管道通訊

匿名管道( pipe )：管道是一種半雙工的通訊方式，資料只能單向流動，而且只能在具有親緣關係的程序間使用。程序的親緣關係通常是指父子程序關係。

通過匿名管道實現程序間通訊的步驟如下：

2.2 高階管道通訊

高階管道(popen)：將另乙個程式當做乙個新的程序在當前程式程序中啟動，則它算是當前程式的子程序，這種方式我們稱為高階管道方式。

2.3 有名管道通訊

有名管道 (named pipe) ：有名管道也是半雙工的通訊方式，但是它允許無親緣關係程序間的通訊

訊息佇列，是訊息的鏈結表，存放在核心中。乙個訊息佇列由乙個識別符號（即佇列id）來標識。

訊息佇列是比較高階的一種程序間通訊方式，因為它真的是可以在程序間傳送message，傳送普通字串也可以。

乙個訊息佇列可以被多個程序所共享（ipc((inter-process communication,程序間通訊))就是在這個基礎上進行的）如果乙個程序訊息太多，乙個訊息佇列放不下，也可以用多於乙個的訊息佇列（不管管理可能會比較複雜）。共享訊息佇列的程序所傳送的訊息除了message本身外還有乙個標誌，這個標誌可以指明該訊息將由哪個程序或者哪類程序接受。每乙個共享訊息佇列的程序針對這個佇列也有自己的標誌，可以用來申明自己的身份。

1、特點

訊號和訊號量是不同的，它們雖然都可以用來同步和互斥，但是訊號是使用訊號處理器來進行的，訊號量是使用p,v操作來實現的。

訊號量（semaphore），它是乙個計數器。它常作為一種鎖機制，防止某程序正在訪問共享資源時，其他程序也訪問該資源。因此，主要作為程序間以及同一程序內不同執行緒之間的同步手段。

1、特點

共享記憶體（shared memory），指兩個或多個程序共享乙個給定的儲存區。共享記憶體就是對映一段能被其他程序所訪問的記憶體，這段共享記憶體由乙個程序建立，但多個程序都可以訪問。共享記憶體是最快的 ipc 方式，它是針對其他程序間通訊方式執行效率低而專門設計的。它往往與其他通訊機制，如訊號量，配合使用，來實現程序間的同步和通訊。

1、特點

套解口也是一種程序間通訊機制，與其他通訊機制不同的是，它可用於不同機器間的程序通訊

通訊過程如下：

5.1命名socket

sock_stream 式本地套接字的通訊雙方均需要具有本地位址，其中伺服器端的本地位址需要明確指定，指定方法是使用 struct sockaddr_un 型別的變數。

5.2 繫結

sock_stream 式本地套接字的通訊雙方均需要具有本地位址，其中伺服器端的本地位址需要明確指定，指定方法是使用 struct sockaddr_un 型別的變數，將相應字段賦值，再將其繫結在建立的伺服器套接字上，繫結要使用 bind 系統呼叫，其原形如下：

int bind
(int socket,
const struct sockaddr *address, size_t address_len)
;

其中 socket表示伺服器端的套接字描述符，address 表示需要繫結的本地位址，是乙個 struct sockaddr_un 型別的變數，address_len 表示該本地位址的位元組長度。

5.3 監聽

伺服器端套接字建立完畢並賦予本地位址值（名稱，本例中為server socket）後，需要進行監聽，等待客戶端連線並處理請求，監聽使用 listen 系統呼叫，接受客戶端連線使用accept系統呼叫，它們的原形如下：

int listen
(int socket, int backlog)
;int accept
(int socket, struct sockaddr *address, size_t *address_len)
;

其中 socket 表示伺服器端的套接字描述符；backlog 表示排隊連線佇列的長度（若有多個客戶端同時連線，則需要進行排隊）；address 表示當前連線客戶端的本地位址，該引數為輸出引數，是客戶端傳遞過來的關於自身的資訊；address_len 表示當前連線客戶端本地位址的位元組長度，這個引數既是輸入引數，又是輸出引數。

5.4 連線伺服器

客戶端套接字建立完畢並賦予本地位址值後，需要連線到伺服器端進行通訊，讓伺服器端為其提供處理服務。

對於sock_stream型別的流式套接字，需要客戶端與伺服器之間進行連線方可使用。連線要使用 connect 系統呼叫，其原形為

int connect
(int socket,
const struct sockaddr *address, size_t address_len)
;

其中socket為客戶端的套接字描述符，address表示當前客戶端的本地位址，是乙個 struct sockaddr_un 型別的變數，address_len 表示本地位址的位元組長度。實現連線的**如下：

connect
(client_sockfd,
(struct sockaddr*
)&client_address,
sizeof
(client_address)
);

5.5 相互傳送接收資料

無論客戶端還是伺服器，都要和對方進行資料上的互動，這種互動也正是我們程序通訊的主題。乙個程序扮演客戶端的角色，另外乙個程序扮演伺服器的角色，兩個程序之間相互傳送接收資料，這就是基於本地套接字的程序通訊。傳送和接收資料要使用 write 和 read 系統呼叫，它們的原形為：

int read
(int socket, char *buffer, size_t len)
;int write
(int socket, char *buffer, size_t len)
;

其中 socket 為套接字描述符；len 為需要傳送或需要接收的資料長度；

對於 read 系統呼叫，buffer 是用來存放接收資料的緩衝區，即接收來的資料存入其中，是乙個輸出引數；

對於 write 系統呼叫，buffer 用來存放需要傳送出去的資料，即 buffer 內的資料被傳送出去，是乙個輸入引數；返回值為已經傳送或接收的資料長度。

5.6 斷開連線

互動完成後，需要將連線斷開以節省資源，使用close系統呼叫，其原形為：

int close
(int socket)
;

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