IPC 機制簡介

概述

在Unix早期發展中，做出重大貢獻的兩大主力Bell實驗室和伯克利大學（BSD）在IPC（InterProcess Communication）方面的側重點有所不同。前者對Unix早期的進程間通信手段進行了系統的改進和擴充，形成了“System V IPC”，通信進程局限在單個計算機內；后者則跳過了該限制，形成了基於套接口（socket）的進程間通信機制。大牛人W.Richard Stevens 著有的《UNIX Network Programming》經典大作，含兩卷：卷一就是socket網絡通信，卷二是單機的IPC。

POSIX是IEEE為要在各種UNIX操作系統上運行的軟件，而定義API的一系列互相關聯的標准的總稱，其正式稱呼為IEEE 1003，而國際標准名稱為ISO／IEC 9945。此標准源於一個大約開始於1985年的項目。POSIX這個名稱是由開源領袖RMS應IEEE的要求而提議的一個易於記憶的名稱。它基本上是Portable Operating System Interface（可移植操作系統界面）的縮寫，而X則表明其對Unix API的傳承。Linux基本上逐步實現了POSIX兼容，但並沒有參加正式的POSIX認證。

從上面可以看出，Sys V IPC和POSIX IPC可以認為是對同一個東西的不同實現而已。兩者有相同的IPC工具——信號量、共享內存、消息隊列，雖然Sys V和POSIX提供的接口有些差異，但基本概念是一致的。

需要注意的是，POSIX提供了消息隊列的通知機制（參考 mq_notify()函數），而Sys V不提供類似的功能。相對而言，Sys V IPC 的歷史更為悠久，並且先后在所有的平台上都得到實現，接口比較復雜。POSIX IPC 是在Sys V IPC 出現很長一段時間以后才被設計出來的，這使得它有機會吸收Sys V的優缺點，是以POSIX在設計上能夠超越它的前輩，並提供了更為簡潔、對程序員也更有愛的接口。鑒於Sys V IPC年齡太大，我以為POSIX IPC API才代表未來的趨勢。

 

 

進程間信息共享方式：

1、  左邊的兩個進程共享存留於文件系統中某個文件上的某些信息，為訪問這些信息，每個進程都得穿越內核（例如read、write、lseek等）。

2、  中間兩個進程共享駐留於內核中的某些信息，例如pipe、消息隊列、信號量，訪問共享信息的每次操作涉及對內核的一次系統調用。

3、  右邊的兩個進程有一個雙方都能訪問的共享內存區，每個進程可以不經過內核直接訪問它，但共享該內存區的進程需要某種形式的同步。

 

IPC對象的持續性：

1、  隨進程持續，IPC對象一直存在到打開該對象的最后一個進程關閉該對象為止，例如pipe和fifo；

2、  隨內核持續，IPC對象一直存在到內核重新自舉或顯式刪除該IPC對象為止，例如信號量、消息隊列、共享內存；

3、  隨文件系統持續，IPC對象一直存在到顯式刪除該對象為止；

 

IPC對象的標識符

當兩個或多個無親緣關系的進程使用某種類型的IPC對象來交換信息時，該IPC對象必須有一個名字，這樣其中一個進程可以創建該IPC對象，其余進程則可以指定同一個IPC對象。對於一種給定的IPC類型，其可能的名字的集合稱為它的name space。

 

IPC類型	持續性	name space	IPC打開后的標識符
pipe fifo	隨進程	（無名） 路徑名	描述符
TCP socket UPD socket Unix socket		IP + port IP + port 路徑名
POSIX互斥鎖 POSIX條件變量 POSIX讀寫鎖 fcntl記錄鎖		（無名） （無名） （無名） 路徑名	pthread_mutex_t指針 pthread_cond_t指針 pthread_rwlock_t指針 描述符
POSIX消息隊列 POSIX有名信號量 POSIX基於內存信號量 POSIX共享內存	隨內核	POSIX IPC名字 POSIX IPC名字 （無名） POSIX IPC名字	mqd_t值 sem_t指針 sem_t指針 描述符
System V消息隊列 System V信號量 System V共享內存		key_t鍵 key_t鍵 key_t鍵	System V IPC標識符

 

 

 

 

 

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POSIX IPC

	消息隊列	信號量	共享內存
Include	<mqueue.h	<sys/sem.h>	<sys/shm.h>
創建或打開IPC	mq_open mq_close mq_unlink	sem_open sem_close sem_unlink	shm_open shm_unlink
		sem_init sem_destroy
控制IPC	mq_getattr mq_setattr		ftruncate fstat
IPC操作函數	mq_send mq_receive mq_notify	sem_wait sem_trywait sem_post sem_getvalue	mmap munmap

 

 

 

 

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SystemV IPC

	消息隊列	信號量	共享內存
Include	<sys/msg.h>	<sys/sem.h>	<sys/shm.h>
創建或打開IPC	msgget	semget	shmget
控制IPC	msgctl	semctl	shmctl
IPC操作函數	msgsnd msgrcv	semop	shmat shmdt

 

 

 

 

 

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RPC

本地過程調用（local procedure call），就是被調用的過程（函數）與調用過程處於同一個進程中，這也是我們所熟悉的函數調用方式。

遠程過程調用（remote procedure call, RPC），被調用過程和調用過程處於不同的進程中。通常稱調用者為Client，被調用的過程為Server。

RPC又分兩種情況：

1、單台主機上的RPC（門調用），即調用者和被調用者在同一台主機上面；

2、主機間的PRC，需要借助網絡傳輸；