作者簡(jiǎn)介：

程磊，某手機(jī)大廠系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工程師，閱碼場(chǎng)榮譽(yù)總編輯，最大的愛(ài)好是鉆研Linux內(nèi)核基本原理。

一、進(jìn)程間通信的本質(zhì) ? ? 什么是進(jìn)程間通信？ 為什么要有進(jìn)程間通信？

為什么能進(jìn)程間通信？

1.1 為什么要通信

我們先拿人來(lái)做個(gè)類比，人與人之間為什么要通信，有兩個(gè)原因。首先是因?yàn)槟阌泻蛯?duì)方溝通的需求，如果你都不想搭理對(duì)方，那就肯定不用通信了。其次是因?yàn)橛锌臻g隔離，如果你倆在一起，對(duì)方就站在你面前，你有話直說(shuō)就行了，不需要通信。此時(shí)你非要給對(duì)方打個(gè)電話或者發(fā)個(gè)微信，是不是顯得非常奇怪、莫名其妙。如果你倆不在一塊，還有事需要溝通，此時(shí)就需要通信了。通信的方式有點(diǎn)烽火、送信鴿、寫(xiě)信、發(fā)電報(bào)、打電話、發(fā)微信等。采取什么樣的通信方式跟你的需求、通信量的大小、以及客觀上能否實(shí)現(xiàn)有關(guān)。

同樣的，軟件體系中為什么會(huì)有進(jìn)程間通信呢？首先是因?yàn)檐浖杏羞@個(gè)需求，比如有些任務(wù)是由多個(gè)進(jìn)程一起協(xié)同來(lái)完成的，或者一個(gè)進(jìn)程對(duì)另一個(gè)進(jìn)程有服務(wù)請(qǐng)求，或者有消息要向另一方提供。其次是因?yàn)檫M(jìn)程間有隔離，每個(gè)進(jìn)程都有自己獨(dú)立的用戶空間，互相看不到對(duì)方，所以才需要通信。

1.2 為什么能通信

為什么能通信呢？那是因?yàn)閮?nèi)核空間是共享的，雖然N個(gè)進(jìn)程都有N個(gè)用戶空間，但是內(nèi)核空間只有一個(gè)，雖然用戶空間之間是完全隔離的，但是用戶空間與內(nèi)核空間并不是完全隔離的，他們之間有系統(tǒng)調(diào)用這個(gè)通道可以溝通。所以兩個(gè)用戶空間就可以通過(guò)內(nèi)核空間這個(gè)橋梁進(jìn)行溝通了。

我們?cè)俳柚桓眻D來(lái)講解一下。

雖然這個(gè)圖是講進(jìn)程調(diào)度的，但是大家從這個(gè)圖里面也能看出來(lái)進(jìn)程之間為什么要通信，因?yàn)檫M(jìn)程之間都是有空間隔離的，它們之間要想交流信息是沒(méi)有辦法的。但是也不是完全沒(méi)有辦法，好在它們都和內(nèi)核是連著的，雖然它們不能隨意訪問(wèn)內(nèi)核，但是還有系統(tǒng)調(diào)用這個(gè)大門，進(jìn)程之間可以通過(guò)一些特殊的系統(tǒng)調(diào)用和內(nèi)核溝通從而達(dá)到和其它進(jìn)程通信的目的。

二、進(jìn)程間通信的框架?

通過(guò)上一章的描述，我們明白了進(jìn)程間為什么要通信、為什么能通信，現(xiàn)在我們來(lái)看看進(jìn)程間通信機(jī)制該如何實(shí)現(xiàn)。

2.1 進(jìn)程間通信機(jī)制的結(jié)構(gòu)

進(jìn)程間通信機(jī)制都要有兩部分組成，一是存在于內(nèi)核空間的通信中樞，二是存在于用戶空間的通信接口，這兩者的關(guān)系就好比是郵局與信紙的關(guān)系、基站與手機(jī)的關(guān)系。通信中樞提供通信機(jī)制，通信接口提供使用方法。我們使用通信接口來(lái)讓通信中樞幫我們建立通信信道或者傳遞通信信息。

下面我們畫(huà)個(gè)圖看一下進(jìn)程間通信機(jī)制的基本結(jié)構(gòu)。

2.2 進(jìn)程間通信機(jī)制的類型

進(jìn)程間通信機(jī)制的類型有兩種，一種是媒婆式，給你倆牽線搭橋，然后就不管了，你倆自己聊吧，另一種是保姆式，一直在中間傳話。這兩種模式用計(jì)算機(jī)的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)分別叫做共享內(nèi)存式和消息傳遞式。共享內(nèi)存式進(jìn)程間通信，通信中樞建立好通信信道之后，就不再管了，通信雙方之后的通信不需要通信中樞的協(xié)助。消息傳遞式進(jìn)程間通信，通信中樞建立好通信信道之后，每次通信還都需要通信中樞的協(xié)助。共享內(nèi)存式進(jìn)程間通信，由于通信信息的傳遞不需要通信中樞的協(xié)助，所以通信雙方還需要進(jìn)程間同步，來(lái)保證數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的一致性，以避免踩踏數(shù)據(jù)或者讀到垃圾數(shù)據(jù)。消息傳遞式進(jìn)程間通信，由于通信信息是通過(guò)通信中樞傳遞的，所以不需要進(jìn)程間同步。消息傳遞式進(jìn)程間通信又可以分為兩類，有邊界消息和無(wú)邊界消息。無(wú)邊界消息就是字節(jié)流，發(fā)過(guò)來(lái)是一個(gè)一個(gè)的字節(jié)，要靠進(jìn)程自己設(shè)計(jì)如何區(qū)分消息的邊界。有邊界消息的進(jìn)程間通信的發(fā)送和接收都是以消息為基本單位的。

2.3 進(jìn)程間通信機(jī)制的接口設(shè)計(jì)

按照通信雙方的關(guān)系，可以把通信類型分為對(duì)稱型通信和非對(duì)稱型通信。對(duì)稱型通信的雙方關(guān)系是對(duì)等的，非對(duì)稱型通信的雙方關(guān)系是不對(duì)等的，可能是命令執(zhí)行關(guān)系、客戶服務(wù)關(guān)系、生產(chǎn)消費(fèi)關(guān)系等。這種關(guān)系是通信雙方邏輯上的關(guān)系，并不是進(jìn)程間通信機(jī)制本身的特征。消息傳遞式進(jìn)程間通信一般用于非對(duì)稱型通信，共享內(nèi)存式進(jìn)程間通信一般用于對(duì)稱型通信，也可以用于非對(duì)稱型通信。

進(jìn)程間通信機(jī)制一般要實(shí)現(xiàn)下面三類接口，但是有些機(jī)制不一定要這三類接口都實(shí)現(xiàn)。

1.如何建立通信信道，誰(shuí)去建立通信信道。

2.后者如何找到并加入這個(gè)通信信道。
3.如何使用通信信道。

對(duì)于對(duì)稱型通信來(lái)說(shuō)，誰(shuí)去建立通信信道無(wú)所謂，有一個(gè)人去建立就可以了，后者直接加入通信信道。對(duì)于非對(duì)稱型通信，一般是由服務(wù)端、消費(fèi)者建立通信信道，客戶端、生產(chǎn)者則加入這個(gè)通信信道。如何建立信道呢，不同的進(jìn)程間通信機(jī)制，有不同的接口來(lái)創(chuàng)建信道，這個(gè)在下一章講。后者如何找到并加入前者建立的通信信道呢？一般情況是，雙方通過(guò)提前約定好的信道名稱找到信道句柄，通過(guò)信道句柄加入通信信道。但是有的是通過(guò)繼承把信道句柄傳遞給對(duì)方，有的是通過(guò)其它進(jìn)程間通信機(jī)制傳遞信道句柄，有的則是通過(guò)信道名稱直接找到信道，不需要信道句柄。如何使用信道呢？對(duì)于消息傳遞式進(jìn)程間通信來(lái)說(shuō)，一般都要提供特殊的接口。對(duì)于共享內(nèi)存式進(jìn)程間通信來(lái)說(shuō)，則不需要提供這個(gè)接口，因?yàn)榫秃驮L問(wèn)普通內(nèi)存一樣訪問(wèn)共享內(nèi)存就行。

三、進(jìn)程間通信機(jī)制簡(jiǎn)介 ? ? 前面我們對(duì)進(jìn)程間通信的本質(zhì)和框架有了基本的了解，下面我們來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下Linux中的所有進(jìn)程間通信機(jī)制。我們先來(lái)看一下總圖。

我們先把這張圖簡(jiǎn)介瀏覽一下。首先從大類上分，進(jìn)程間通信方法可以分為3類，消息傳遞式、共享內(nèi)存式、進(jìn)程間同步。為啥這里會(huì)有進(jìn)程間同步呢？進(jìn)程間同步是為了同步兩個(gè)進(jìn)程對(duì)共享內(nèi)存的讀寫(xiě)，進(jìn)程間同步也算是在兩個(gè)進(jìn)程間傳遞了信息，所以把進(jìn)程間同步也放在了進(jìn)程間通信中。

可以看到共享內(nèi)存式機(jī)制比消息傳遞式機(jī)制要少，我們就先介紹共享內(nèi)存式。共享內(nèi)存式進(jìn)程間通信的原理很簡(jiǎn)單，就是通過(guò)修改頁(yè)表，使得兩個(gè)虛擬進(jìn)程空間的一部分虛擬內(nèi)存對(duì)應(yīng)到相同的物理內(nèi)存上。雖然原理是一樣的，但是具體怎么實(shí)現(xiàn)，接口怎么設(shè)計(jì)，又產(chǎn)生了許多不同的共享內(nèi)存式進(jìn)程間通信機(jī)制。

3.1 SysV共享內(nèi)存

SysV共享內(nèi)存是一種非常古老的共享內(nèi)存方法，是在UNIX誕生早期就有的方法。SysV共享內(nèi)存創(chuàng)建共享內(nèi)存的方法是使用接口shmget，它有三個(gè)參數(shù)，分別是key、size、flag。其中key是一個(gè)整數(shù)，是表示通信信道的名稱，兩個(gè)進(jìn)程要提前約定好key。Size代表共享內(nèi)存的大小。Flag用來(lái)表示創(chuàng)建的行為，flag IPC_CREAT 表示如果通信信道存在就直接獲取它，如果還不存在就創(chuàng)建它，沒(méi)有IPC_CREAT的話表示只獲取不創(chuàng)建。如果再加上IPC_EXCL的話，表示只創(chuàng)建，如果已經(jīng)被別人創(chuàng)建了則返回失敗。shmget返回的是共享內(nèi)存的id，代表通信信道的句柄。然后拿著通信信道的句柄通過(guò)shmat接口就可以把底層的物理內(nèi)存映射到本進(jìn)程空間了。函數(shù)返回值就是映射到本進(jìn)程虛擬內(nèi)存空間的一個(gè)指針，然后就可以像訪問(wèn)普通內(nèi)存一樣讀寫(xiě)這段內(nèi)存了。任務(wù)完成之后就可以通過(guò)shmdt接口釋放信道。注意這只是釋放了本進(jìn)程的通信信道，沒(méi)有釋放底層的物理內(nèi)存，要釋放底層物理內(nèi)存的話，需要使用接口shmctl()并選擇IPC_RMID操作。

3.2 POSIX共享內(nèi)存

相信大家對(duì)前面的敘述都有個(gè)疑惑，用一個(gè)整數(shù)當(dāng)做通信信道名稱，那豈不是很容易就選重了，那不就錯(cuò)亂了嘛！而且如果有人惡意猜測(cè)使用你的key，你也沒(méi)有辦法。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，POSIX設(shè)計(jì)出了一個(gè)新的共享內(nèi)存方案，叫做POSIX共享內(nèi)存，很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。POSIX共享內(nèi)存使用接口shm_open來(lái)創(chuàng)建共享內(nèi)存通信信道句柄，它的參數(shù)和open是一樣的，但是它不創(chuàng)建磁盤文件。這樣以來(lái)，我們使用的是一個(gè)路徑名作為通信信道的名稱，這就比一個(gè)整數(shù)key好多了，容易起名字還不容易重復(fù)。并且它的參數(shù)是和open一樣的，所以它的第三個(gè)參數(shù)mode可以指定權(quán)限，這樣就更安全了。shm_open的第二個(gè)參數(shù)和open的第二個(gè)參數(shù)是一樣的，可以指定flag O_CREAT O_EXCL，這兩個(gè)flag和前面的shmget可以達(dá)到相同的效果，你可以選擇是僅加入已經(jīng)信道，還是非要自己親自創(chuàng)建信道，或者已有就加入沒(méi)有就創(chuàng)建。shm_open返回的是一個(gè)fd，這個(gè)fd就是通信信道的句柄。有了這個(gè)fd，我們可以通過(guò)接口ftruncate來(lái)設(shè)置共享內(nèi)存的大小。得到了信道句柄之后，我們加入信道的方式不是用的專用的方法，而是使用系統(tǒng)已有的接口，用的是shared mmap，這點(diǎn)和SysV共享內(nèi)存有很大的不同。mmap之后我們就加入了信道，其返回值是本進(jìn)程虛擬內(nèi)存空間的指針，我們就可以像操作普通內(nèi)存一樣操作它了。

3.3 共享內(nèi)存映射

系統(tǒng)調(diào)用mmap并不是專門用來(lái)做進(jìn)程間通信的，它是用來(lái)做內(nèi)存映射的。它的映射來(lái)源可以用文件也可以是匿名(也就是沒(méi)有來(lái)源，直接分配內(nèi)存并初始化為0)。它的映射方式可以是私有的，也可以是共享的。映射來(lái)源和映射方式兩者一組合是四種方式。當(dāng)我們使用共享映射方式的時(shí)候，正好可以用來(lái)做進(jìn)程間通信。對(duì)于共享文件映射，兩個(gè)進(jìn)程映射相同的文件就可以達(dá)到共享內(nèi)存的目的，文件名就是通信信道的名稱，由名稱直接加入信道，沒(méi)有信道句柄。對(duì)于共享匿名映射，是通過(guò)fork之后在父子進(jìn)程之間共享內(nèi)存的。fork之后父子進(jìn)程之間的內(nèi)存本來(lái)是COW(寫(xiě)時(shí)復(fù)制)的，也就是說(shuō)父子進(jìn)程之間不會(huì)共享內(nèi)存，但是被共享匿名映射的部分不會(huì)COW，而是在父子進(jìn)程之間共享物理內(nèi)存，這就達(dá)到了共享內(nèi)存的效果。這種方法既沒(méi)有信道名稱也沒(méi)有信道句柄，是通過(guò)繼承方式直接就獲得了信道。這兩種共享內(nèi)存的解除方法都是使用munmap函數(shù)。

3.4 Android ION

很多博客上都會(huì)介紹說(shuō)ION是一個(gè)內(nèi)存分配管理器，這么說(shuō)既對(duì)也不對(duì)，單看ION它確實(shí)是內(nèi)存分配管理器，但是我們不能單看ION，我們要把和dma-buf一起看。Dma-buf既不是dma也不是buffer，它是一個(gè)buffer sharing框架，重點(diǎn)是sharing。Dma-buf框架實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程與進(jìn)程之間、進(jìn)程與內(nèi)核之間的內(nèi)存共享方案。但是它僅僅是一個(gè)框架，本身并沒(méi)有分配內(nèi)存的能力。ION則在dma-buf框架的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)了內(nèi)存分配管理功能，所以應(yīng)該把ION與dma-buf當(dāng)做是一個(gè)整體，看成是共享內(nèi)存機(jī)制。ION與普通共享內(nèi)存機(jī)制不同的是，它不僅僅可以在進(jìn)程間共享內(nèi)存，還能在進(jìn)程與內(nèi)核之間共享內(nèi)存。ION在進(jìn)程之間共享內(nèi)存時(shí)，是一方通過(guò)/dev/ion的ioctl ALLOC命令創(chuàng)建一個(gè)fd，這個(gè)fd就是信道句柄，通過(guò)對(duì)這個(gè)fd進(jìn)行mmap就可以通信了。這和POSIX共享內(nèi)存的模式有點(diǎn)像，不同的是對(duì)方是如何得到這個(gè)fd的。POSIX共享內(nèi)存是通過(guò)大家都shm_open打開(kāi)相同的文件名得到了同一個(gè)信道的句柄(句柄值不一定相同，但是底層對(duì)應(yīng)的信道是相同的)。ION是通過(guò)Binder向另一個(gè)進(jìn)程傳遞fd的，Binder對(duì)fd做了特殊處理，對(duì)方收到的fd和自己的fd，數(shù)值不一定相同，但是底層對(duì)應(yīng)的東西是相同的。如果直接給一個(gè)進(jìn)程傳遞fd的值，那是沒(méi)有意義的。ION和內(nèi)核驅(qū)動(dòng)之間共享內(nèi)存有兩種情況，一種是內(nèi)核驅(qū)動(dòng)創(chuàng)建了底層的物理內(nèi)存然后把它包裝成一個(gè)fd，通過(guò)一些系統(tǒng)調(diào)用傳遞給進(jìn)程，進(jìn)程對(duì)這個(gè)fd進(jìn)行mmap就可以進(jìn)行進(jìn)程間通信了。另一種情況是進(jìn)程創(chuàng)建了通信信道的fd，然后通過(guò)一些系統(tǒng)調(diào)用傳遞給內(nèi)核驅(qū)動(dòng)，內(nèi)核驅(qū)動(dòng)就根據(jù)這個(gè)fd找到其對(duì)應(yīng)的物理內(nèi)存。

ION里面有許多不同的堆，每個(gè)堆分配的物理內(nèi)存區(qū)域和方式并不相同，可以在使用ION接口的時(shí)候通過(guò)指定flag來(lái)選擇不同的堆。

3.5 dma-buf heaps

dma-buf heaps是ION的替代品。因?yàn)镮ON里面所有的堆都對(duì)應(yīng)同一個(gè)設(shè)備文件/dev/ion，不同的堆是通過(guò)在接口中指定flag來(lái)選擇的。那么這就存在一個(gè)問(wèn)題，就是ION所有的堆對(duì)所有進(jìn)程都是開(kāi)放的，沒(méi)法或者不太容易對(duì)不同的進(jìn)程做權(quán)限限制。dma-buf heaps正好解決了這個(gè)問(wèn)題，它把不同的堆分拆成了不同的設(shè)備，都在目錄 /dev/dma_heap/ 下，比如 /dev/dma_heap/system 是默認(rèn)的堆。這樣不同的堆就可以設(shè)置不同的文件權(quán)限，還可以通過(guò)selinux進(jìn)行限制，這樣就大大提高了安全性。它的用法和底層邏輯與ION是一樣了，這里就不再過(guò)多介紹了。值得一提的是dma-buf heaps已經(jīng)合入了標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核，而且Android也正在逐步替換ION。

3.6 匿名管道

前面說(shuō)的都是共享內(nèi)存式進(jìn)程間通信，下面我們來(lái)說(shuō)一說(shuō)消息傳遞式進(jìn)程間通信。我們先來(lái)說(shuō)說(shuō)無(wú)邊界的消息傳遞式進(jìn)程間通信。

匿名管道是UNIX上最早的進(jìn)程間通信機(jī)制了。它的出現(xiàn)來(lái)源于早期的操作系統(tǒng)都是命令行式的，我們經(jīng)常需要多個(gè)命令來(lái)協(xié)同完成一個(gè)任務(wù)。比如 ls -ef | grep process-name ,這個(gè)命令中前面命令的輸出要作為后面命令的輸入，中間的|豎線叫做管道符，代表像管道一樣從前往后傳遞數(shù)據(jù)。那么這個(gè)管道符的邏輯在程序中是怎么實(shí)現(xiàn)的呢，就是通過(guò)匿名管道實(shí)現(xiàn)的。Shell在執(zhí)行命令時(shí)先f(wàn)ork出一個(gè)子進(jìn)程A，然后在子進(jìn)程A中解析命令，發(fā)現(xiàn)命令需要執(zhí)行兩個(gè)程序，并通過(guò)管道連接。于是就使用匿名管道的創(chuàng)建接口int pipe(int fd[2])，此接口接收一個(gè)雙int元素的數(shù)組作為參數(shù)。接口執(zhí)行完成后返回兩個(gè)fd， fd[0]是讀端fd，fd[1]是寫(xiě)端接口。然后fork A，生成進(jìn)程B，這樣進(jìn)程B也繼承了兩個(gè)fd。A和B都有兩個(gè)fd是沒(méi)啥意義的，于是進(jìn)程A close(fd[0])，進(jìn)程B close(fd[1])。然后進(jìn)程A執(zhí)行exec(“l(fā)s -l”),然后進(jìn)程B執(zhí)行exec(“grep process-name”)，這樣進(jìn)程A就可以通過(guò)fd[1]輸出數(shù)據(jù)，進(jìn)程B通過(guò)fd[0]讀取數(shù)據(jù)。這樣就實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程間通信的目的。匿名管道通過(guò)通信雙方的父進(jìn)程創(chuàng)建通信句柄，然后通過(guò)fork傳遞給子進(jìn)程。父子進(jìn)程都通過(guò)file IO的方式來(lái)進(jìn)行消息傳遞。由于是使用的file IO，所以讀寫(xiě)的都是字節(jié)流，并沒(méi)有消息邊界。如果進(jìn)程想要確定消息邊界，需要自己想辦法確定每個(gè)消息的邊界，比如每個(gè)換行符代表一個(gè)消息，或者每次遇到字符串AAAAAA，代表一個(gè)新消息。

3.7 命名管道

我們可以看到匿名管道雖然很好用，但是卻有一個(gè)很大的缺陷，就是只能父子進(jìn)程或者親屬進(jìn)程之間使用，因?yàn)橐獋鬟f信道句柄fd。有沒(méi)有辦法擴(kuò)大匿名管道的使用范圍呢，有，創(chuàng)建命名管道。管道有了名稱之后，其它進(jìn)程就可以通過(guò)名稱找到信道句柄從而加入信道了。命名管道的用法是，首先要使用mkfifo命令在文件系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)文件，這個(gè)文件是真實(shí)的文件，但不是常規(guī)文件，而是fifo類型的文件。有個(gè)這個(gè)文件之后，通信雙方的寫(xiě)者就可以用正常的open接口以O(shè)_WRONLY模式打開(kāi)文件，讀者就可以用open接口以O(shè)_RDONLY方式打開(kāi)文件。然后讀寫(xiě)雙方就可以通過(guò)各自的fd讀寫(xiě)管道了。命名管道的創(chuàng)建方式和匿名管道不同，但是消息傳遞方式是相同的。匿名管道也是無(wú)邊界消息，原理同匿名管道一樣。

3.8 SysV消息隊(duì)列

SysV消息隊(duì)列是一個(gè)有邊界的消息傳遞式進(jìn)程間通信。它的信道創(chuàng)建邏輯和SysV共享內(nèi)存差不多。創(chuàng)建接口是msgget，有兩個(gè)參數(shù)key和flag。Key是一個(gè)整數(shù)，是信道名稱。Flag有兩個(gè)，flag IPC_CREAT 表示如果通信信道存在就直接獲取它，如果還不存在就創(chuàng)建它，沒(méi)有IPC_CREAT的話表示只獲取不創(chuàng)建。如果再加上flag IPC_EXCL的話，表示只創(chuàng)建，如果已經(jīng)被別人創(chuàng)建了則返回失敗。msgget返回的是消息隊(duì)列的id，也就是信道的句柄。然后可以通過(guò)接口msgsnd和msgrcv來(lái)發(fā)送和接收消息，一個(gè)只能發(fā)送或者接收一個(gè)消息。當(dāng)通信完成之后，可以通過(guò)接口msgctl的IPC_RMID操作來(lái)銷毀消息隊(duì)列。

3.9 POSIX消息隊(duì)列

SysV消息隊(duì)列和SysV共享內(nèi)存存在的問(wèn)題是一樣的，于是又設(shè)計(jì)了POSIX消息隊(duì)列。POSIX消息隊(duì)列的創(chuàng)建接口是mq_open，它的參數(shù)和open是類似的。用一個(gè)字符串類型的name作為信道名稱。還有一個(gè)flag參數(shù)和前面講的flag參數(shù)是一樣的，可以指定是創(chuàng)建信道還是加入已經(jīng)的信道。返回值叫做消息隊(duì)列描述符，是信道句柄。然后可以通過(guò)接口mq_send、 mq_receive來(lái)發(fā)送接收消息。當(dāng)通信完成后可以通過(guò)接口mq_close來(lái)關(guān)閉信道。如果所有的進(jìn)程都關(guān)閉信道了，底層信道才會(huì)被刪除。

3.10 套接字

套接字是分為網(wǎng)絡(luò)套接字和UNIX local套接字。網(wǎng)絡(luò)套接字不僅可以在本機(jī)進(jìn)行進(jìn)程間通信，還能在不同的機(jī)器間進(jìn)行通信。UNIX local套接字只能在本機(jī)的進(jìn)程間進(jìn)行通信。兩者都分為流式套接字和數(shù)據(jù)報(bào)套接字，前者是無(wú)邊界消息傳遞式進(jìn)程間通信，后者是有邊界消息傳遞式進(jìn)程間通信。套接字是區(qū)分服務(wù)端和客戶端的，服務(wù)端創(chuàng)建通信信道，客戶端加入通信信道。套接字的接口這里就不介紹了，大家可以找一些網(wǎng)絡(luò)編程相關(guān)的書(shū)籍或者博客來(lái)學(xué)習(xí)。

3.11 Android Binder

Android Binder是谷歌為Android開(kāi)發(fā)的RPC，RPC是遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用的意思。RPC也是一種進(jìn)程間通信，但又不僅僅是進(jìn)程間通信，它的使用接口表現(xiàn)為可以透明調(diào)用其它進(jìn)程的函數(shù)。Binder的通信中樞是內(nèi)核里的Binder驅(qū)動(dòng)，它的用戶空間接口是對(duì)虛擬設(shè)備/dev/binder的一系列ioctl命令。但是進(jìn)程并不是直接使用這些ioctl命令的，而是使用谷歌封裝好的libbinder庫(kù)。

3.12 信號(hào)機(jī)制

信號(hào)機(jī)制是在UNIX里面很早就存在的機(jī)制，它是內(nèi)核用來(lái)處理程序運(yùn)行時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤的一種方法，也是給進(jìn)程發(fā)送一些簡(jiǎn)單特定的消息的方法，所以也可以看做是一種進(jìn)程間通信機(jī)制。但是它又比較特殊，它和一般的進(jìn)程間通信機(jī)制的結(jié)構(gòu)都不太相同。它是不需要建立通信信道的，因?yàn)樗皇堑湫偷倪M(jìn)程間通信，或者說(shuō)它的通信信道是天然建立好的，因?yàn)樗玫氖莗id來(lái)指定消息傳遞給誰(shuí)。它的發(fā)送是內(nèi)核發(fā)送或者進(jìn)程通過(guò)kill等接口發(fā)送，指定pid就能發(fā)送給對(duì)方。對(duì)方可以設(shè)置信號(hào)處理函數(shù)來(lái)接收處理信號(hào)，也可以不設(shè)置，內(nèi)核會(huì)進(jìn)行默認(rèn)處理。信號(hào)機(jī)制的具體細(xì)節(jié)請(qǐng)參看《深入理解Linux信號(hào)機(jī)制》。

3.13 偽終端

大家可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)終端、虛擬終端、控制臺(tái)、終端模擬器、偽終端等這些詞。估計(jì)大家和我一樣也是對(duì)這些詞一頭霧水，理不清它們到底是什么意思，相互之間是什么關(guān)系。其實(shí)我對(duì)虛擬終端和控制臺(tái)也不太理解，但是對(duì)終端、終端模擬器、偽終端還是比較了解的，在這里給大家講解一下。最早的時(shí)候，一臺(tái)電腦還是一臺(tái)幾間房子那么大的大型機(jī)，普通人根本買不起，有些大學(xué)或者科研單位或者政府機(jī)關(guān)也只能買得起一臺(tái)。然后是大家每人買一個(gè)終端連接到這臺(tái)電腦就可以使用了。終端就是一臺(tái)顯示器加一個(gè)鍵盤，只不過(guò)這個(gè)顯示器并不是像素顯示器，而是字符顯示器，一屏只能顯示80x25的字符。當(dāng)時(shí)的程序也都是命令行程序，從終端接收輸入，再把結(jié)果輸出到終端。具體到程序內(nèi)部來(lái)說(shuō)，fd 0 對(duì)應(yīng)的就是終端輸入，fd 1就是終端輸出。終端并不是說(shuō)鍵盤輸入的是什么它就原封不動(dòng)地傳給程序，而是會(huì)做一定的預(yù)處理。

后來(lái)隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)就變成了我們今天使用的計(jì)算機(jī)。每個(gè)人都可以買一臺(tái)獨(dú)立的電腦了，而且顯示器也變成了像素顯示器了，可以顯示豐富的畫(huà)面。而且很多程序的模式也從命令行模式轉(zhuǎn)變成了GUI模式。但是仍然有很多程序比較適合在命令行執(zhí)行，仍然保留了命令行模式。為此系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)GUI程序，叫做終端模擬器，也是我們平常說(shuō)的命令行界面或者終端程序。它利用圖形界面模擬了之前的終端界面，讓我們看起來(lái)像是在使用終端，但是它本身是一個(gè)GUI程序。終端模擬器是怎么運(yùn)行命令行程序的呢？它會(huì)使用系統(tǒng)的接口創(chuàng)建一個(gè)偽終端，偽終端分為主端和從端兩部分，模擬器自己拿主端，命令行程序拿從端，這樣命令行程序仿佛就像運(yùn)行在終端環(huán)境里一樣。我們從鍵盤輸入的字符其實(shí)是先按照GUI程序的邏輯傳遞給了終端模擬器，終端模擬器再把輸入傳遞給偽終端的主端，然后偽終端在內(nèi)核里按照終端本身的邏輯進(jìn)行處理，再發(fā)給偽終端從端，這樣我們的命令行程序才會(huì)收到輸入。命令行程序的輸出先發(fā)給偽終端從端，然后再進(jìn)入內(nèi)核里的偽終端，然后再發(fā)給偽終端主端，然后終端模擬器才收到我們的輸出，然后它再按照GUI程序的方法把輸出繪制到它的窗口上，我們就看到了程序的輸出。所以說(shuō)偽終端可以看做是終端模擬器和命令行程序之間的進(jìn)程間通信機(jī)制。

?四、總結(jié)回顧 ? ? 本文中我們先分析了進(jìn)程間通信的本質(zhì)，然后講解了進(jìn)程間通信的基本框架，最后簡(jiǎn)單介紹了Linux系統(tǒng)中存在的各種進(jìn)程間通信機(jī)制。大家在實(shí)際的工作過(guò)程中可以根據(jù)自己的需求來(lái)選擇使用哪種進(jìn)程間通信機(jī)制。

參考文獻(xiàn)：
《Understanding the Linux Kernel》
《Professional Linux Kernel Architecture》
《The Linux Programming Interface》

https://www.kernel.org/doc/html/latest/driver-api/dma-buf.html

https://lwn.net/Articles/473668/
https://lwn.net/Articles/454389/
https://lwn.net/Articles/474819/
https://elinux.org/images/a/a8/DMA_Buffer_Sharing-_An_Introduction.pdf
https://blog.csdn.net/hexiaolong2009/article/details/102596744

編輯：配合費(fèi)

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