C++ 进程间通信
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一,C++ 常用进程间通信
管道(Pipe):管道可用于具有亲缘关系进程间的通信,允许一个进程和另一个与它有共同祖先的进程之间进行通信。
命名管道(named pipe):命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。命名管道在文件系统中有对应的文件名。命名管道通过命令mkfifo或系统调用mkfifo来创建。
信号(Signal):信号是比较复杂的通信方式,用于通知接受进程有某种事件发生,除了用于进程间通信外,进程还可以发送信号给进程本身;Linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外,还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction(实际上,该函数是基于BSD的,BSD为了实现可靠信号机制,又能够统一对外接口,用sigaction函数重新实现了signal函数)。
消息(Message)队列:消息队列是消息的链接表,包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息,被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少,管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺
共享内存:使得多个进程可以访问同一块内存空间,是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制,如信号量结合使用,来达到进程间的同步及互斥。
信号量(semaphore):主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。
套接字(Socket):更为一般的进程间通信机制,可用于不同机器之间的进程间通信。起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的,但现在一般可以移植到其它类Unix系统上:Linux和System V的变种都支持套接字。
二,共享内存
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。
因为多个进程可以同时操作,所以需要进行同步。
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。
// boosttest.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。 // #include "stdafx.h" #include <boost/lexical_cast.hpp> #include <iostream> #include <boost/interprocess/shared_memory_object.hpp> #include <boost/interprocess/mapped_region.hpp> using namespace std; using namespace boost::interprocess; int main(int argc,char *argv[]) { cout << "argc" << argc<<argv[0]; if (argc == 1) {//父进程 //1 删除共享内存 struct shm_remove { shm_remove() { shared_memory_object::remove("SharedMemory"); } ~shm_remove() { shared_memory_object::remove("SharedMemory"); } }remover; //2 创建共享内存段 shared_memory_object shm(create_only, "SharedMemory", read_write); //3 设置共享内存大小 shm.truncate(100); //4 映射共享内存片段 mapped_region region(shm, read_write); //5 初始化为1 std::memset(region.get_address(), 1, region.get_size()); //运行子进程 std::string s(argv[0]); s += " child "; if (0 != std::system(s.c_str())) return 1; } else { //1 创建共享内存 shared_memory_object shm(open_only, "SharedMemory", read_only); //2 映射共享内存 mapped_region region(shm, read_only); //3 检查共享内存是否被初始化为1 char* mem = static_cast<char*>(region.get_address()); for (std::size_t i = 0; i < region.get_size(); ++i) { if (*mem++ != 1) return 1; else { printf("mem:%d ", *mem); } } } system("pause"); return 0; }
三,消息队列
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。
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。
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。
#include <boost/lexical_cast.hpp> #include <iostream> #include <boost/interprocess/shared_memory_object.hpp> #include <boost/interprocess/mapped_region.hpp> #include <boost/interprocess/ipc/message_queue.hpp> #include <vector> using namespace std; using namespace boost::interprocess; int main(int argc,char *argv[]) { cout << "argc" << argc<<argv[0]; if (argc == 1) {//父进程 //1 删除消息队列 message_queue::remove("message_queue"); //2 创建消息队列 message_queue mq(create_only, "message_queue", 100, sizeof(int)); //3 发送100个数字 for (int i = 0; i < 100; ++i) { mq.send(&i, sizeof(i), 0); } //运行子进程 std::string s(argv[0]); s += " child "; if (0 != std::system(s.c_str())) return 1; } else { //1 打开消息队列 message_queue mq(open_only, "message_queue"); unsigned int priority; message_queue::size_type recvd_size; for (int i = 0; i < 100; i++) { int number; mq.receive(&number, sizeof(number),recvd_size,priority); if (number != i || recvd_size != sizeof(number)) return 1; else printf("number:%d ", number); } message_queue::remove("message_queue"); } system("pause"); return 0; }
四,信号量
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。
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。
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。
支持信号量组。
#include <boost/lexical_cast.hpp> #include <iostream> #include <boost/interprocess/shared_memory_object.hpp> #include <boost/interprocess/mapped_region.hpp> #include <boost/interprocess/sync/interprocess_semaphore.hpp> using namespace std; using namespace boost::interprocess; struct shared_memory_buffer { enum { NumItems = 100};//数组大小 shared_memory_buffer():mutex(1),nempty(NumItems),nstored(0){} interprocess_semaphore mutex, nempty, nstored;//匿名信号量 int items[NumItems];//共享数组 }; int main(int argc, char *argv[]) { //cout << "argc" << argc << argv[0]; if (argc == 1) {//父进程 //1 删除共享内存 struct shm_remove { shm_remove() { shared_memory_object::remove("SharedMemory"); } }remover; //2 创建共享内存段 shared_memory_object shm(create_only, "SharedMemory", read_write); //3 设置共享内存大小 shm.truncate(sizeof(shared_memory_buffer)); //4 映射共享内存片段 mapped_region region(shm, read_write); //5 写数据,数据满了会阻塞 void *addr = region.get_address(); shared_memory_buffer *data = new(addr)shared_memory_buffer; const int NumMsg = 100; for (int i = 0; i < NumMsg; ++i) { data->nempty.wait(); data->mutex.wait(); data->items[i%shared_memory_buffer::NumItems] = i; data->mutex.post(); data->nstored.post(); } } else { struct shm_remove { ~shm_remove() { shared_memory_object::remove("MySharedMemory"); } } remover; //1 创建共享内存 shared_memory_object shm(open_only, "SharedMemory", read_write); //2 映射共享内存 mapped_region region(shm, read_write); //3 共享数据复制到自己的缓冲 void * addr = region.get_address(); shared_memory_buffer* data = static_cast<shared_memory_buffer*>(addr); const int NumMsg = 100; int extracted_data[NumMsg]; for (int i = 0; i < NumMsg; ++i) { data->nstored.wait(); data->mutex.wait(); extracted_data[i] = data->items[i%shared_memory_buffer::NumItems]; printf("data:%d ", data->items[i%shared_memory_buffer::NumItems]); data->mutex.post(); data->nempty.post(); } } system("pause"); return 0; }
信号量与互斥锁的区别:
1,作用域
信号量: 进程间或线程间(linux仅线程间)
互斥锁: 线程间
2,上锁时
信号量: 只要信号量的value大于0,其他线程就可以wait成功,成功后信号量的value减一。若value值不大于0,则wait阻塞,直到post释放后value值加一
互斥锁: 只要被锁住,其他任何线程都不可以访问被保护的资源
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