Linux のプロセス間通信の方法と技術: プロセス間で通信し、連携させる方法

プロセス間通信とは、プロセス間の通信とコラボレーションを実現するために、Linux システム内の異なるプロセス間でデータを転送および共有することを指します。プロセス間通信の目的は、システムの並行性と効率を向上させて、いくつかの複雑なタスクと機能を完了することです。プロセス間通信には、パイプ、メッセージ キュー、シグナル、共有メモリ、セマフォ、ソケットなど、さまざまな方法があります。それぞれに独自の特性、長所と短所があり、さまざまなシナリオやニーズに適しています。しかし、Linux のプロセス間通信がどのように機能するかを本当に理解していますか? Linux で適切なプロセス間通信方法を使用および選択する方法をご存知ですか? Linux でプロセス間通信を最適化し、効率を向上させる方法をご存知ですか?この記事では、Linux のプロセス間通信に関する関連知識を詳しく紹介し、Linux でこの強力なカーネル機能をよりよく使用し、理解できるようにします。

プロセスの概念

プロセスとはオペレーティング システムの概念であり、プログラムを実行するたびにオペレーティング システムのプロセスが作成され、このプロセスでリソースの割り当てと解放が行われます。プロセスはプログラムの実行と考えることができます。

プロセスコミュニケーションの概念

プロセス ユーザー スペースは互いに独立しており、通常は相互にアクセスできません。しかし多くの場合、システムの特定の機能を完了するには、プロセスが相互に通信する必要があります。プロセスは、カーネルお​​よび他のプロセスと通信することによって、その動作を調整します。

プロセス通信の応用シナリオ

データ転送: あるプロセスはそのデータを別のプロセスに送信する必要があり、送信されるデータの量は 1 バイトから数メガバイトの範囲に及びます。

共有データ: 複数のプロセスが共有データを操作したいと考えています。1 つのプロセスが共有データを変更すると、他のプロセスはそれをすぐに認識する必要があります。

通知イベント: プロセスは、別のプロセスまたはプロセスのグループにメッセージを送信して、特定のイベントが発生したことを通知する必要があります (プロセスの終了時に親プロセスに通知するなど)。

リソース共有: 複数のプロセス間で同じリソースを共有します。これを行うには、カーネルがロックおよび同期メカニズムを提供する必要があります。

プロセス制御: 一部のプロセスは、別のプロセス (デバッグ プロセスなど) の実行を完全に制御することを望んでいます。このとき、制御プロセスは、別のプロセスのすべてのトラップと例外をインターセプトし、そのステータスの変化を知ることができることを望んでいます。間に合うように。

プロセス通信の方法

1. パイプライン

パイプは名前付きパイプと名前なしパイプに分けられます

名前のないパイプは半二重通信方式です。データは一方向にのみ流れることができ、アフィニティのあるプロセス間でのみ使用できます。プロセスのアフィニティとは、通常、親子関係を指します。通常、無知パイプは 2 つの異なるプロセス間の通信に使用されます。プロセスがパイプを作成し、フォークを呼び出して独自の子プロセスを作成すると、親プロセスは読み取りパイプの端を閉じ、子プロセスは書き込みパイプの端を閉じます。これにより、2 つのプロセス間でデータが流れる方法が提供されます。

有名なパイプも半二重通信方式ですが、無関係なプロセス間の通信が可能になります。

2.セマフォ

セマフォは、共有リソースへの複数のスレッドのアクセスを制御するために使用できるカウンターです。大量のデータの交換には使用されませんが、複数のスレッド間の同期に使用されます。ロック メカニズムとしてよく使用されます。プロセスがリソースにアクセスすると、他のプロセスもそのリソースにアクセスすることを防ぐため、主にプロセス間、および同じプロセス内の異なるスレッド間の同期手段として使用されます。

Linux は、信号を操作するための慎重に設計されたセマフォ インターフェイスのセットを提供します。これらはバイナリ セマフォだけではありません。これらの関数は以下で紹介されますが、これらの関数はセマフォ値が操作されるグループ化に使用されることに注意してください。これらはヘッダー ファイル sys/sem.h で宣言されます。

semget関数

その機能は、新しいセマフォを作成するか、既存のセマフォを取得することです。

semop関数

その機能はセマフォの値を変更することです

semctl関数

この関数はセマフォ情報を直接制御するために使用されます

3. シグナル

Signal は、イベントの発生を受信プロセスに通知するために使用される比較的複雑な通信方法です。

4.メッセージキュー

メッセージ キューは、カーネルに保存され、メッセージ キュー識別子によって識別されるメッセージのリンク リストです。メッセージ キューは、信号送信情報が少ないという特性を克服し、パイプラインはフォーマットされていないバイト ストリームのみを伝送できます。バッファ サイズには制限があります。メッセージ キューは、UNIX でさまざまなプロセスがリソースを共有できるようにするメカニズムです。UNIX では、さまざまなプロセスがフォーマットされたデータ ストリームをメッセージ キューの形式で任意のプロセスに送信できます。メッセージ キューに対する操作権限を持つプロセスは、msget を使用して、クエリを完了する メッセージ キューの操作制御 メッセージ タイプを使用することにより、プロセスは任意の順序でメッセージを読み取ったり、メッセージに優先順位を付けたりできます。

5.共有メモリ

共有メモリは、他のプロセスがアクセスできるメモリのセクションをマップすることです。この共有メモリは 1 つのプロセスによって作成されますが、複数のプロセスからアクセスできます。共有メモリは最速の IPC (プロセス間通信) 方式です。他のプロセス間通信方式の動作効率が低いことを考慮して特別に設計されており、プロセス間の同期と通信を実現するために、セマフォなどの他の通信メカニズムと組み合わせて使用​​されることがよくあります。

6.ソケット

ソケット、つまりソケットは通信の仕組みであり、この仕組みを利用することでクライアント/サーバー(通信する処理)システムの開発をローカルの単一マシン上でもネットワーク経由でも行うことができます。つまり、同じコンピュータ上になくても、ネットワークを介して接続されているコンピュータ上のプロセスが通信できるようになります。このため、ソケットはクライアントとサーバーを明確に区別します。

ソケットの特性は、ドメイン、タイプ、プロトコルの 3 つの属性によって決まります。

この記事を通じて、Linux のプロセス間通信方法を包括的に理解し、その定義、原理、使用法、利点と欠点を知る必要があります。また、プロセス間通信の目的と影響、および Linux でプロセス間通信方法を正しく使用および選択する方法についても理解する必要があります。 Linux システムを使用する場合は、プロセス間通信を使用してシステムの同時実行性と効率を向上させることをお勧めします。同時に、同期、セキュリティ、パフォーマンスなど、プロセス間通信を使用する際の潜在的な問題や課題にも注意を払うように注意してください。この記事が Linux システムの使い方に役立ち、Linux でのプロセス間通信の利点と利便性を享受できることを願っています。

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