《C进程通信》课件

进程通信C进程是操作系统的基本执行单元，每个进程拥有独立的地址空间和资源进程间通信是指两个或多个进程之间交换数据的过程，是实现系统功能的重要手段进程概述独立运行的程序执行的程序多任务处理一个进程是操作系统分配资源的最小单进程由程序代码、数据和系统资源组操作系统通过进程管理机制，实现多任位，它是一个正在执行的程序的实例，成，程序是静态的，进程是动态的，务并行或并发执行，提高系统利用率拥有独立的地址空间和系统资源它是程序执行时的状态进程的常用操作进程创建进程终止使用系统调用`fork`创建新的进程，子进使用系统调用`exit`或`_exit`终止当前进程复制父进程的内存空间、文件描述符等信程，释放资源，并返回状态码给父进程息等待进程进程信号使用系统调用`wait`或`waitpid`等待子使用系统调用`kill`发送信号给进程，例如进程结束，并获取子进程的退出状态码`SIGTERM`信号用来请求进程正常终止进程通信的必要性资源共享信息传递多个进程需要访问同一资源，不同进程之间需要交换数据，例如共享文件或数据库例如用户登录信息或系统状态协同工作效率提升多个进程需要协同工作，例如通过进程通信，可以有效地利共同完成一个任务或进行数据用系统资源，提高程序的执行处理效率进程通信的方式

1.管道通信

2.信号通信12管道是一种简单的进程间通信方式它可以实现单向信号是一种异步通信机制，允许一个进程向另一个进或双向数据传输，父进程可以创建管道，并将其传递程发送信号，以通知它发生了一个事件给子进程

3.共享内存

4.消息队列通信34共享内存是进程间通信的一种高效方式，它允许多个消息队列是进程间通信的一种可靠方式，它允许进程进程访问同一块内存区域将消息发送到队列，并由其他进程从队列中读取

5.信号量通信

6.套接字通信56信号量是一种同步机制，它允许进程协调对共享资源套接字是网络通信中使用的通信端点，它允许进程在的访问不同机器上进行通信管道通信Pipe管道是一种进程间通信机制，允许进程通过管道进行数据交换管道是一种单向的数据流通道，数据只能从管道的一端写入，并从另一端读出管道分为无名管道和有名管道两种无名管道概念特点无名管道是一种半双工通信方式，只无名管道在创建时没有名称，只能通能用于具有亲缘关系的进程间通信，过文件描述符访问父子进程或兄弟进程数据只能单向流动，不能双向传输无名管道是一种特殊的文件，只能由创建它的进程或同一进程组内的其他进程访问有名管道文件系统双向通信有名管道是一种文件类型，存储在文件系统有名管道支持双向通信，两个进程可以互相中发送和接收数据跨进程通信易于使用不同进程可以利用有名管道进行通信，即使有名管道是简单的IPC机制，使用方便，它们不在同一个目录下易于理解和使用管道的优缺点优点缺点简单易用，无需额外的系统调用只能用于父子进程或兄弟进程之间通信数据传输速度快，适合少量数据的传输数据传输容量有限，不适合传输大量数据不适合多个进程之间的通信信号通信Signal信号是一种异步通信机制，允许进程之间相互发送特定信号信号可以用来通知另一个进程某些事件的发生或要求进程执行特定操作信号是一种轻量级的通信机制，通常用于通知、中断或终止进程信号的概念和分类信号定义信号分类信号是软件中断，用于通知进根据来源，信号可以分为两程事件发生类系统信号和用户自定义信号信号是一种异步通信方式，可以打断进程的正常执行系统信号由内核产生，用户自定义信号由进程发出常见系统信号•SIGINT•SIGKILL•SIGSTOP信号的处理方式忽略信号进程收到信号后不做任何处理，继续执行原有代码捕捉信号进程定义一个信号处理函数，在收到信号时执行该函数，处理相应的事件默认处理系统为每个信号定义了默认处理方式，如终止进程、忽略信号等信号通信的应用场景进程间通信进程控制系统异常处理123信号可以用于不同进程之间传递通过发送特定的信号，可以控制系统异常或错误情况，例如内存消息或通知，例如，当一个进程进程的行为，例如，终止进程、访问错误或除零错误，会产生相完成某个任务时，可以发送一个暂停进程或恢复进程运行应的信号，通知应用程序处理这信号给另一个进程，通知它任务些异常已完成共享内存通信共享内存是一种进程间通信机制，允许多个进程访问同一块内存区域通过共享内存，进程可以快速高效地交换数据，避免了传统通信方式的开销，如数据复制和系统调用共享内存的创建和访问创建共享内存段1使用shmget系统调用创建一个新的共享内存段附加共享内存段2使用shmat系统调用将共享内存段附加到进程的地址空间访问共享内存3进程可以直接访问共享内存段中的数据分离共享内存段4使用shmdt系统调用将共享内存段从进程的地址空间分离共享内存是一种允许进程之间共享数据的一种进程间通信方式创建共享内存段需要指定共享内存段的大小和权限每个进程都可以访问共享内存段中的数据共享内存的同步机制互斥锁信号量互斥锁是一种最基本的同步机制，用于保护临界区，确保同信号量是一种更灵活的同步机制，它允许多个进程共享资一时间只有一个进程访问共享内存它通过加锁和解锁操作源信号量通过计数器来记录资源的数量，并使用信号量操来控制访问权限，保证数据的一致性作来控制进程对资源的访问消息队列通信消息队列Message Queue是一种进程间通信机制，允许进程之间通过发送和接收消息进行通信消息队列是一种异步通信机制，发送者将消息发送到队列中，接收者可以随时从队列中取出消息消息队列的创建和访问创建消息队列1使用msgget函数创建消息队列，并分配一个唯一的标识符，作为后续操作的凭证发送消息2使用msgsnd函数将消息发送到指定的消息队列接收消息3使用msgrcv函数从指定的消息队列接收消息删除消息队列4使用msgctl函数删除不再使用的消息队列创建和访问消息队列需要使用系统提供的函数，包括创建、发送、接收和删除操作使用这些函数可以实现进程间的数据传递和同步，提高程序的并发性和效率消息队列的特点和应用特点应用场景•异步通信消息队列可用于系统解耦、异步处理、流量削峰、日志收集•数据可靠性等场景•松耦合•可扩展性常见应用常用的消息队列系统包括RabbitMQ、Kafka、ActiveMQ等，它们在各个领域都有广泛的应用信号量通信信号量是一种用于进程间同步的机制它本质上是一个计数器，用于管理对共享资源的访问信号量可以用来实现互斥访问，即保证同一时间只有一个进程访问共享资源信号量还可以用来控制对资源的访问顺序，例如当多个进程需要访问某个资源时，可以利用信号量来控制它们的访问顺序信号量的创建和操作创建信号量1信号量可以创建并初始化使用semget函数，提供信号量集键值、信号量集大小、信号量权限等参数信号量初始值确定初始可用资源数量信号量操作2semop函数进行信号量操作，包括sem_wait和sem_signalsem_wait尝试获取信号量，减少可用资源数量sem_signal释放信号量，增加可用资源数量信号量控制3可以使用semctl函数控制信号量，包括获取信号量信息、修改信号量值、删除信号量等操作信号量的同步机制互斥访问资源控制12信号量用于控制对共享资源信号量可以用来限制访问共的访问，防止多个进程同时享资源的进程数量，避免资修改共享数据，保证数据的源过度占用，保证系统稳定一致性运行进程同步3信号量可以用来协调不同进程之间的运行顺序，确保它们按照预定的逻辑进行协作，完成共同目标套接字通信Socket网络通信基础网络通信方式通信模型编程实现套接字是网络通信的抽象接TCP/IP协议族支持两种主要套接字通信模型分为客户端-C语言提供了一套系统调用口，允许不同主机上的进程套接字通信方式面向连接服务器模型和对等模型库函数，用于创建、绑定、进行相互通信的TCP和无连接的UDP监听、连接和发送接收数据通信的基本流程Socket建立连接1客户端向服务器发起连接请求，服务器接收请求并建立连接数据传输2双方通过Socket进行数据交换，客户端发送数据给服务器，服务器接收数据并处理关闭连接3连接结束后，双方需要关闭Socket连接，释放资源通信的编程实现Socket套接字创建1使用socket函数创建套接字绑定地址2使用bind函数绑定地址和端口监听连接3使用listen函数监听连接请求接受连接4使用accept函数接受连接请求数据收发5使用send和recv函数进行数据收发在编程实现中，需要使用相应的函数来完成套接字的创建、绑定、监听、接受、数据收发等操作这些函数提供了底层的接口，方便开发者进行网络编程，实现各种网络应用通信的优缺点Socket优点缺点Socket通信是一种通用的通信方式，可以跨平台使用，应用Socket通信的实现较为复杂，需要编写大量的代码，学习成广泛，方便不同系统间进行数据交换本较高，调试难度较大Socket通信的传输效率较高，可用于网络应用程序中Socket通信需要进行端口和地址的绑定，网络配置较为复杂总结及拓展思考进程通信综述拓展学习多种进程通信方式各有优劣，应根•深入了解进程通信机制的底层据应用场景选择最适合的方案原理•探索不同进程通信方式的应用案例问题解答欢迎大家提出关于进程通信方面的问题我们会尽力解答您的疑问，并分享相关知识让我们一起深入探讨进程通信的奥秘，并学习如何高效地进行进程间协作。