【并发编程四】windows进程通信和Linux进程通信

 

windows进程通信和Linux进程通信

• 一、进程通信（IPC）
• 二、Linux进程通信
• • 1、管道(pipe)
  • • 1.1、匿名管道
    • 1.1、命名管道（有名管道）
  • 2、消息队列(message queue)
  • 3、共享内存(shared memmory)
  • 4、信号量(Semaphore)
  • 5、信号(signal)
  • 6、套接字(socket)
  • 7、动态库(so)
• 三、windows进程通信
• • 1、管道(pipe)
  • 2、邮件槽(Mailslots)
  • 3、文件映射(file mapping)
  • 5、共享内存(shared memmory)
  • 6、信号量(Semaphore)
  • 7、信号(signal)
  • 8、套接字(socket)
  • 9、组件对象模型 （COM）

 

• 原本写完上一篇【并发编程三】C++进程通信（管道pipe),就准备写消息队列的c++demo了，但是真正查找资料才发现网上都是linux下的消息队列的c++demo，就没有windows下的消息队列的进程通信的demo。在查找相关资料的过程中发现了windows下进程和linux下进程的不同点，网上说法也是各说纷纭，在查阅相关资料后，记录下了这篇文章。

一、进程通信（IPC）

进程通信（ InterProcess Communication，IPC）就是指进程之间的信息交换。实际上，进程的同步与互斥本质上也是一种进程通信

二、Linux进程通信

1、管道(pipe)

如上一篇博文介绍，管道分为匿名管道和命名管道。他们特点如下

1.1、匿名管道

特点

• 实现简单。
• 单项通信，（如果需要双向通信，需要建立两个管道）
• 有大小限制。
• 只可以在父子进程间使用。（or同一进程创建的两个子进程间使用）
• 只能在同一台电脑使用。

缺点

• 通信⽅式是效率低的，因此管道不适合进程间频繁地交换数据。

1.1、命名管道（有名管道）

特点

• 实现简单
• 双向通信。
• 有大小限制。
• 可以在不同进程间使用。（没有父子进程的限制）
• 可以在同一网络的不同电脑上的进程使用。

缺点

• 通信⽅式是效率低的，因此管道不适合进程间频繁地交换数据。

2、消息队列(message queue)

简介

• 消息队列是保存在内核中的消息链表，在发送数据时，会分成⼀个⼀个独⽴的数据单元，也就是消息体（数据块），消息体是⽤户⾃定义的数据类型，消息的发送⽅和接收⽅要约定好消息体的数据类型，所以每个消息体都是固定⼤⼩的存储块，不像管道是⽆格式的字节流数据。如果进程从消息队列中读取了消息体，内核就会把这个消息体删除。

缺点
消息这种模型，两个进程之间的通信就像平时发邮件⼀样，你来⼀封，我回⼀封，可以频繁沟通了。
但邮件的通信⽅式存在不⾜的地⽅有两点，

• ⼀是通信不及时，
• ⼆是附件也有⼤⼩限制

所以，消息队列不适合⽐较⼤数据的传输，消息队列通信过程中。存在⽤户态与内核态之间的数据拷⻉开销，

3、共享内存(shared memmory)

消息队列的读取和写⼊的过程，都会有发⽣⽤户态与内核态之间的消息拷⻉过程。那共享内存的⽅式，就很好的解决了这⼀问题。

现代操作系统，对于内存管理，采⽤的是虚拟内存技术，也就是每个进程都有⾃⼰独⽴的虚拟内存空间，不同进程的虚拟内存映射到不同的物理内存中。所以，即使进程 A中 和 进程 B中 的虚拟地址是⼀样的，其实访问的是不同的物理内存地址，对于数据的增删查改互不影响。

共享内存的机制，就是拿出⼀块虚拟地址空间来，映射到相同的物理内存中。这样这个进程写⼊的东⻄，另外⼀个进程⻢上就能看到了，都不需要拷⻉来拷⻉去，传来传去，⼤⼤提⾼了进程间通信的速度。

• 下一篇，我们会讲下具体的代码实现。

4、信号量(Semaphore)

⽤了共享内存通信⽅式，带来新的问题，那就是如果多个进程同时修改同⼀个共享内存，很有可能就冲突了。例如两个进程都同时写⼀个地址，那先写的那个进程会发现内容被别⼈覆盖了。为了防⽌多进程竞争共享资源，⽽造成的数据错乱，所以需要保护机制，使得共享的资源，在任意时刻只能被⼀个进程访问。正好，信号量就实现了这⼀保护机制。

• 信号量其实是⼀个整型的计数器，主要⽤于实现进程间的互斥与同步，⽽不是⽤于缓存进程间通信的数据。

讲解完共享内存的实现，我们会具体讲下信号量的代码实现。

5、信号(signal)

上⾯说的进程间通信，都是常规状态下的⼯作模式。对于异常情况下的⼯作模式，就需要⽤「信号」的⽅
式来通知进程。

在 Linux 操作系统中， 为了响应各种各样的事件，提供了⼏⼗种信号，分别代表不同的意义。我们可以通过 kill -l 命令，查看所有的信号：

进程在后台运⾏，可以通过 kill 命令的⽅式给进程发送信号，但前提需要知道运⾏中的进程 PID号。（C++可以调用linux下的kill接口。）

6、套接字(socket)

匿名管道、消息队列、共享内存、信号量和信号都是在同⼀台主机上进⾏进程间通信，那要想跨⽹络与不同主机上的进程之间通信，就需要 Socket 通信了。（命名管道也可以实现）

7、动态库(so)

全局数据可以被调用库的所有进程共享，这就又给进程间通信开辟了一条新的途径，当然访问时要注意同步问题。

虽然可以通过DLL进行进程间数据共享，但从数据安全的角度考虑，我们并不提倡这种方法，使用带有访问权限控制的共享内存的方法更好一些。

参考:windows下进程间通信的
参考:进程通信方法（LINUX和WINDOWS下），线程通信方法（LINUX和 WINDOWS下）

三、windows进程通信

1、管道(pipe)

同：linux

2、邮件槽(Mailslots)

Mailslots 提供单向通信。 创建 mailslot 的任何进程都是 mailslot 服务器。 其他进程（称为 mailslot 客户端）通过将邮件写入其 mailslot 来将邮件发送到 mailslot 服务器。 传入邮件始终追加到 mailslot。 mailslot 保存邮件，直到 mailslot 服务器读取邮件。 进程可以是 mailslot 服务器和 mailslot 客户端，因此可以使用多个 mailslot 进行双向通信。

这个用的不多，感兴趣的可以参考官方文档。本人后面不再做邮件槽相关的c++demo.
链接: 进程间通信|Mailslots
链接: Windows——进程间通信

其他

有文章说，linux下的消息队列对应windows下的邮件槽（如Windows与Linux下进程间通信技术比较），但是这个没有官方文档说明，且windows下也有消息队列的定义(如消息和消息队列)，但是和linux下的消息队列又不是一个东西，我们就不过多深究了，后续还是做些共享内存和信息量的c++demo。

3、文件映射(file mapping)

将磁盘上的文件映射入内存，所谓映射就是先在内存中分配一块内存预备使用，在使用的时候再将文件加载入内存。
参考:Windows上的文件映射与内存共享
参考：利用邮槽(mailslot)进行应用程序间的通讯实例

5、共享内存(shared memmory)

同：linux

6、信号量(Semaphore)

同：linux

7、信号(signal)

windows没有信号这个概念，但是会提供类似功能的api,比如，杀死进程：linux下的kill信号，windows下提供TerminateProcess的api接口。

8、套接字(socket)

同：linux

9、组件对象模型 （COM）

参考：OPC DA调研报告