进程间通信，线程间同步

http://www.cnblogs.com/chenying99/p/3754252.html

 

http://www.zyfforlinux.cc/2015/02/09/%E5%90%8C%E6%AD%A5%E6%9C%BA%E5%88%B6-%E4%BF%A1%E5%8F%B7%E9%87%8F/

信号量就是一种进程/线程间同步的机制

信号量是一个整数，其值不能小于零，信号量只支持两种操作，增长信号量的值(sem_post)或者是减少信号量
的值(sem_wait)如果信号量当前值是0然后执行sem_wait的话将会阻塞直到信号量的值大于0.

POSIX 信号量有两种形式，一个是有名信号量，另一个是无名信号量.

• 有名信号量是通过一个name来识别的，这个name是大小最大是NAME_MAX-4,大约是251个字符，
  两个进程之间可以通过sem_open来打开相同的name来操作同一个信号量。在name存在的情况下是打开存在的信号量当
  name不存在的时候则是创建一个名为name的信号量.此后两个进程就可以使用sem_post/sem_wait操作信号量，当一个
  进程操作结束后可以使用sem_close关闭这个信号量，当所有进程都不再使用信号量的时候可以使用sem_unlink删除
  这个信号量。

• 无名信号量(基于内存的信号量)
  无名信号量是没有名字的，是放置在内存中的一块区域。在多个线程/进程之间共享，这些线程是同一个进程的线程
  在使用无名信号量之前必须使用sem_init进行初始化，然后才可以使用sem_post/sem_wait操作。当信号量不再需要
  的时候需要使用sem_destory来销毁。

注意在linux 2.6系列内核仅支持无名信号量,程序在使用POSIX信号量的时候必须引入-lpthread库,有名信号量
是创建在vfs中的，正常情况下是挂载在/dev/shm,名字的格式是sem.somename

信号量有两套: 一套是SystemV系列的，一套是POSIX系列

 

Linux系统中的进程间通信方式主要以下几种:

同一主机上的进程通信方式

  * UNIX进程间通信方式: 包括管道(PIPE), 有名管道(FIFO), 和信号(Signal)

  * System V进程通信方式：包括信号量(Semaphore), 消息队列(Message Queue), 和共享内存(Shared Memory)

网络主机间的进程通信方式

  * RPC: Remote Procedure Call 远程过程调用

  * Socket: 当前最流行的网络通信方式, 基于TCP/IP协议的通信方式.

各自的特点如下:

• 管道(PIPE)：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系(父子进程)的进程间使用。另外管道传送的是无格式的字节流，并且管道缓冲区的大小是有限的（管道缓冲区存在于内存中，在管道创建时，为缓冲区分配一个页面大小）。
• 有名管道 (FIFO)： 有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
• 信号(Signal)： 信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。
• 信号量(Semaphore)：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
• 消息队列(Message Queue)：消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
• 共享内存(Shared Memory )：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的（无需在内存空间用户空间进行多次拷贝）。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。
• 套接字(Socket)： 套解口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同主机间的进程通信。

 

http://www.zyfforlinux.cc/2014/10/29/%E7%BA%BF%E7%A8%8B%E7%9A%84%E9%82%A3%E4%BA%9B%E4%BA%8B-%E4%BA%8C/

Linux系统中的线程间通信/同步方式主要以下几种:

*  包括互斥锁、条件变量、读写锁、自旋锁、屏障

pthread_mutex_init()

pthread_rwlock_init()

pthread_cond_init()

pthread_spin_init()

pthread_barrier_init()

在介绍自旋锁的时候先简单的说下下面三个词的含义:
1.休眠 是阻塞的意思，可能是等待IO和其它外部事件，此时占有CPU
2.挂起 只等待CPU这个资源
3.等待互斥资源,持续占有cpu

互斥量是通过休眠让进程阻塞，那么等待互斥资源解锁后需要重新调度执行，然后自旋锁一直忙等CPU,直到互斥资源可以访问后继续执行无需重新调度，但是自旋锁需要浪费cpu资源
所以一般自旋锁的应用场景是在锁被持有的时间很短的情况下.
其实现在的很多互斥量的实现也是很高效的，互斥量一般都会先自旋一段时间才开始休眠进行阻塞，互斥量和自旋锁的接口基本一致

 

屏障的作用是协调多个线程并行工作的同步机制，就好比几个人骑自行车去旅行，有骑得慢的，有骑得快的，但是为了不让大家走散，小组长在一段时间后会在一个指定的点等待大家到达然后再一起骑．
pthread_join也是屏障的一种，允许一个线程等待直到另一个线程的退出

  互斥锁提供了以排他方式防止数据结构被并发修改的方法。

读写锁允许多个线程同时读共享数据，而对写操作是互斥的。

  条件变量可以以原子的方式阻塞进程，直到某个特定条件为真为止。对条件的测试是在互斥锁的保护下进行的。条件变量始终与互斥锁一起使用。

*  信号量机制(Semaphore)：包括无名线程信号量和命名线程信号量

*  信号机制(Signal)：类似进程间的信号处理

 

线程间的通信目的主要是用于线程同步，所以线程没有像进程通信中的用于数据交换的通信机制。

http://www.cppblog.com/suiaiguo/archive/2009/07/23/90940.html

 

 

https://akaedu.github.io/book/ch30s04.html

开辟了管道之后如何实现两个进程间的通信呢？比如可以按下面的步骤通信。

图 30.7. 管道

 

1. 父进程调用pipe开辟管道，得到两个文件描述符指向管道的两端。

2. 父进程调用fork创建子进程，那么子进程也有两个文件描述符指向同一管道。

3. 父进程关闭管道读端，子进程关闭管道写端。父进程可以往管道里写，子进程可以从管道里读，管道是用环形队列实现的，数据从写端流入从读端流出，这样就实现了进程间通信。

使用管道有一些限制：

• 两个进程通过一个管道只能实现单向通信，比如上面的例子，父进程写子进程读，如果有时候也需要子进程写父进程读，就必须另开一个管道。请读者思考，如果只开一个管道，但是父进程不关闭读端，子进程也不关闭写端，双方都有读端和写端，为什么不能实现双向通信？

• 管道的读写端通过打开的文件描述符来传递，因此要通信的两个进程必须从它们的公共祖先那里继承管道文件描述符。上面的例子是父进程把文件描述符传给子进程之后父子进程之间通信，也可以父进程fork两次，把文件描述符传给两个子进程，然后两个子进程之间通信，总之需要通过fork传递文件描述符使两个进程都能访问同一管道，它们才能通信。

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（管道写端的引用计数等于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（管道写端的引用计数大于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（管道读端的引用计数等于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。在第 33 章 信号会讲到怎样使SIGPIPE信号不终止进程。

4. 如果有指向管道读端的文件描述符没关闭（管道读端的引用计数大于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。

管道的这四种特殊情况具有普遍意义。在第 37 章 socket编程要讲的TCP socket也具有管道的这些特性。

 

4.2. 其它IPC机制

进程间通信必须通过内核提供的通道，而且必须有一种办法在进程中标识内核提供的某个通道，上一节讲的管道是用打开的文件描述符来标识的。如果要互相通信的几个进程没有从公共祖先那里继承文件描述符，它们怎么通信呢？内核提供一条通道不成问题，问题是如何标识这条通道才能使各进程都可以访问它？文件系统中的路径名是全局的，各进程都可以访问，因此可以用文件系统中的路径名来标识一个IPC通道。

FIFO和UNIX Domain Socket这两种IPC机制都是利用文件系统中的特殊文件来标识的。可以用mkfifo命令创建一个FIFO文件：

$ mkfifo hello
$ ls -l hello
prw-r--r-- 1 akaedu akaedu 0 2008-10-30 10:44 hello

FIFO文件在磁盘上没有数据块，仅用来标识内核中的一条通道，各进程可以打开这个文件进行read/write，实际上是在读写内核通道（根本原因在于这个file结构体所指向的read、write函数和常规文件不一样），这样就实现了进程间通信。UNIX Domain Socket和FIFO的原理类似，也需要一个特殊的socket文件来标识内核中的通道，例如/var/run目录下有很多系统服务的socket文件：

$ ls -l /var/run/
total 52
srw-rw-rw- 1 root        root           0 2008-10-30 00:24 acpid.socket
...
srw-rw-rw- 1 root        root           0 2008-10-30 00:25 gdm_socket
...
srw-rw-rw- 1 root        root           0 2008-10-30 00:24 sdp
...
srwxr-xr-x 1 root        root           0 2008-10-30 00:42 synaptic.socket

文件类型s表示socket，这些文件在磁盘上也没有数据块。UNIX Domain Socket是目前最广泛使用的IPC机制，到后面讲socket编程时再详细介绍。

现在把进程之间传递信息的各种途径（包括各种IPC机制）总结如下：

• 父进程通过fork可以将打开文件的描述符传递给子进程

• 子进程结束时，父进程调用wait可以得到子进程的终止信息

• 几个进程可以在文件系统中读写某个共享文件，也可以通过给文件加锁来实现进程间同步

• 进程之间互发信号，一般使用SIGUSR1和SIGUSR2实现用户自定义功能

• 管道

• FIFO

• mmap函数，几个进程可以映射同一内存区

• SYS V IPC，以前的SYS V UNIX系统实现的IPC机制，包括消息队列、信号量和共享内存，现在已经基本废弃

• UNIX Domain Socket，目前最广泛使用的IPC机制

 

 

 

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http://blog.csdn.net/jnu_simba/article/details/9086625

六、进程间共享信息的三种方式

1、随进程持续：一直存在直到打开的最后一个进程结束。（如pipe和FIFO）
2、随内核持续（ kernel persistence）：一直存在直到内核自举或显式删除（如System V消息队列、共享内存、信号量）
3、随文件系统持续：一直存在直到显式删除，即使内核自举还存在。（POSIX消息队列、共享内存、信号量如果是使用映射文件来实现）

 

即POSIX消息队列、共享内存、信号量 至少是随内核持续的，如果是用映射文件来实现，则是随文件系统持续。