Drei Möglichkeiten zur Kommunikation zwischen Linux-Prozessen: 1. Pipe-Kommunikation Der Prozess, der Informationen sendet, wird als Schreibprozess bezeichnet, und der Prozess, der Informationen empfängt, wird als Leseprozess bezeichnet. 2. Die Nachrichtenpufferkommunikation verwendet den Nachrichtenpuffer als Zwischenmedium, und die Sende- und Empfangsvorgänge beider Kommunikationsparteien basieren auf Nachrichten. 3. Shared-Memory-Kommunikation.
Die Betriebsumgebung dieses Tutorials: Ubuntu 16.04-System, Dell G3-Computer.
3 Möglichkeiten der prozessübergreifenden Kommunikation unter Linux
Da verschiedene Prozesse in unterschiedlichen Speicherräumen laufen. Änderungen an Variablen durch eine Partei sind für die andere Partei unsichtbar. daher. Die Informationsübertragung zwischen Prozessen kann nicht direkt über Variablen oder andere Datenstrukturen erfolgen, sondern nur durch Kommunikation zwischen Prozessen.
Entsprechend dem Unterschied in der Informationsmenge während der Prozesskommunikation kann die Prozesskommunikation in zwei Haupttypen unterteilt werden: die Kommunikation von Steuerinformationen und die Kommunikation großer Datenmengen. Ersteres wird als Low-Level-Kommunikation bezeichnet, letzteres als High-Level-Kommunikation.
Kommunikation auf niedriger Ebene wird hauptsächlich für die Übertragung von Steuerinformationen wie Synchronisierung, gegenseitiger Ausschluss, Beendigung, Aussetzung usw. zwischen Prozessen verwendet.
Erweiterte Kommunikation wird hauptsächlich für den Austausch und die gemeinsame Nutzung von Datenblöcken zwischen Prozessen verwendet. Zu den gängigen erweiterten Kommunikationen gehören Pipelines (PIPE), Nachrichtenwarteschlangen (MESSAGE), gemeinsam genutzter Speicher (SHARED MEM0RY) usw.
Hier vergleichen wir hauptsächlich die Eigenschaften dieser drei Methoden der fortgeschrittenen Kommunikation.
Pipeline-Kommunikation (PIPE)
Wenn zwei Prozesse über Pipes kommunizieren. Der Prozess, der Informationen sendet, wird als Schreibprozess bezeichnet. Der Prozess, der Informationen empfängt, wird als Leseprozess bezeichnet. Das Zwischenmedium der Pipeline-Kommunikation sind Dateien. Diese Art von Datei wird normalerweise als Pipeline-Datei bezeichnet. Es verbindet einen Schreibprozess und einen Leseprozess wie eine Rohrleitung miteinander, um eine Kommunikation zwischen den beiden Prozessen zu erreichen. Der Schreibvorgang schreibt Informationen über das Schreibende (Sendeende) in die Pipe-Datei; der Lesevorgang liest Informationen über das Leseende (Empfangsende) aus der Pipe-Datei. Die beiden Prozesse koordinieren und schreiben und lesen kontinuierlich und bilden eine Pipeline, in der beide Parteien Informationen über Pipes übertragen.
Verwenden Sie den Systemaufruf PIPE(), um eine unbenannte Pipe-Datei zu erstellen, die normalerweise als unbenannte Pipe bezeichnet wird, oder verwenden Sie den Systemaufruf MKNOD(), um eine benannte Pipe-Datei zu erstellen. Wird oft als Named Pipe oder FIFO bezeichnet. Die namenlose Pipe ist ein nicht permanenter Pipe-Kommunikationsmechanismus. Der Vorgang wird rückgängig gemacht, wenn alle Prozesse, auf die er zugegriffen hat, beendet werden. Unbenannte Pipes können nur zwischen Prozessen mit Familienbindungen verwendet werden. Bekannte Leitungen können über längere Zeit im System vorhanden sein. Es ist auch zur Verwendung durch Prozesse jeglicher Beziehung vorgesehen, eine unsachgemäße Verwendung kann jedoch leicht zu Fehlern führen. Daher übergibt das Betriebssystem die Verwaltungsrechte der Named Pipe zur Steuerung an das System. Nach der Erstellung der Pipe-Datei können die Lese- und Schreibvorgänge auf der Pipe durch die Systemaufrufe WRITE() und READ() realisiert werden Wenn die Kommunikation abgeschlossen ist, kann CLOSE () verwendet werden, um die Pipeline-Datei zu schließen.
Nachrichtenpufferkommunikation (MESSAGE)Mehrere unabhängige Prozesse können über den Nachrichtenpuffermechanismus miteinander kommunizieren. Diese Art der Kommunikation wird mit dem Nachrichtenpuffer als Zwischenmedium realisiert. Die Sende- und Empfangsvorgänge beider kommunizierenden Parteien basieren auf Nachrichten. Im Speicher sind Nachrichtenpuffer in Warteschlangen organisiert, die oft als Nachrichtenwarteschlangen bezeichnet werden. Nach der Erstellung kann die Nachrichtenwarteschlange von mehreren Prozessen gemeinsam genutzt werden. Der Prozess, der eine Nachricht sendet, kann jederzeit eine beliebige Anzahl von Nachrichten an die angegebene Nachrichtenwarteschlange senden und prüfen, ob ein empfangender Prozess auf die von ihm gesendete Nachricht wartet. Wenn dies der Fall ist, aktivieren Sie es: Der Prozess, der die Nachricht empfängt, kann die Nachricht aus der angegebenen Nachrichtenwarteschlange abrufen, wenn er die Nachricht benötigt. Falls die Nachricht noch nicht eingetroffen ist. Dann geht es in den Ruhezustand und wartet.
Shared-Memory-Kommunikation (SHARED MEMORY)Ziel ist es, die Mängel der Nachrichtenpufferung zu beheben, die das Kopieren von Nachrichten durch die CPU erfordert. Das Betriebssystem bietet eine Kommunikationsmethode für den direkten Datenaustausch zwischen Prozessen – Shared Memory. Diese Kommunikationsmethode ermöglicht die Kommunikation mehrerer Prozesse über dasselbe Speichersegment (als Zwischenmedium) mit Unterstützung externer Kommunikationsprotokolle oder Synchronisations- und gegenseitiger Ausschlussmechanismen. Es ist eine der effektivsten Datenkommunikationsmethoden und zeichnet sich dadurch aus, dass es keine Zwischenverbindungen gibt. Hängen Sie die Shared-Memory-Seite direkt an. Ordnen Sie sie den jeweiligen virtuellen Adressräumen der miteinander kommunizierenden Prozesse zu. Dadurch können mehrere Prozesse direkt auf dieselbe physische Speicherseite zugreifen. Es ist, als ob Sie auf Ihren eigenen privaten Bereich zugreifen würden (aber dieser ist nicht wirklich privat, sondern geteilt). Daher ist diese prozessübergreifende Kommunikationsmethode der schnellste Weg, um die Kommunikation zwischen Prozessen im selben Computersystem zu erreichen. Und darin liegt seine Grenze. Das heißt, Prozesse, die sich den Speicher teilen, müssen im selben Computersystem koexistieren. Nur physischer Speicher kann gemeinsam genutzt werden.
Eigenschaften (Vor- und Nachteile) der drei Methoden: 1. Unbenannte Pipes sind einfach und bequem. Es ist jedoch auf den Arbeitsmodus der einseitigen Kommunikation beschränkt. Und die gemeinsame Nutzung von Pipes kann nur zwischen dem Prozess, der sie erstellt hat, und seinen Nachkommenprozessen erreicht werden: Benannte Pipes können jedoch für Prozesse beliebiger Beziehung bereitgestellt werden. Da es jedoch über einen langen Zeitraum im System vorhanden ist, ist es bei unsachgemäßer Verwendung fehleranfällig.
2. Die Nachrichtenpufferung kann nicht mehr auf Eltern-Kind-Prozesse beschränkt werden. Es ermöglicht jedem Prozess, eine prozessübergreifende Kommunikation über eine gemeinsam genutzte Nachrichtenwarteschlange zu erreichen. Und das System ruft Funktionen auf, um eine Synchronisierung zwischen dem Senden und Empfangen von Nachrichten zu erreichen. Dadurch müssen Benutzer bei der Verwendung von Nachrichtenpuffern für die Kommunikation keine Synchronisierungsprobleme mehr berücksichtigen. Es ist einfach zu verwenden, aber das Kopieren von Informationen erfordert zusätzliche CPU-Zeit. Nicht geeignet für Situationen mit großen Informationsmengen oder häufigen Vorgängen.
3. Der gemeinsam genutzte Speicher nutzt den Speicherpuffer, um als Reaktion auf die Mängel des Nachrichtenpuffers kein Kopieren erforderlich zu machen, und seine Vorteile sind Geschwindigkeit und große Informationsmenge. Die Shared-Memory-Kommunikation wird jedoch dadurch erreicht, dass der Shared-Memory-Puffer direkt an den virtuellen Adressraum des Prozesses angehängt wird. Daher kann das Betriebssystem das Synchronisationsproblem von Lese- und Schreibvorgängen zwischen diesen Prozessen nicht lösen. Dies muss von jedem Prozess mithilfe anderer Synchronisierungstools behoben werden. Darüber hinaus existiert die Speichereinheit im Computersystem. Daher kann es nur von Prozessen im selben Computersystem gemeinsam genutzt werden. Unbequem für die Netzwerkkommunikation.
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