进程间通信

基础

方式

• 共享内存

  • 原理：多个进程共享同一块内存空间，可以直接读写数据。
  • 优点：速度快，适用于大量数据频繁交换的场景。
  • 缺点：需要解决数据一致性和互斥访问等问题。

• 管道

  • 原理：一种半双工的通道，用于单向数据传输。
  • 优点：简单易用，适用于父子进程或相关联的进程之间进行通信。
  • 缺点：只能实现单向传输。
  • 示例:

    import os
     
    # 创建管道
    r, w = os.pipe()
     
    # 创建子进程
    pid = os.fork()
     
    if pid == 0:
       # 子进程向管道写入数据
       os.close(r)
       w = os.fdopen(w, 'w')
       w.write("Hello from child process!")
       w.close()
    else:
       # 父进程从管道读取数据
       os.close(w)
       r = os.fdopen(r)
       message = r.read()
       print("Message from child process: ", message)

• child::

  进程间通信-消息队列

  进程间通信：消息队列

  消息队列的基本概念

  消息队列是一种进程间通信（IPC）机制，它允许进程通过消息的形式进行数据传递。消息可以在进程之间异步传递，这意味着发送方和接收方不需要同时处于活跃状态。消息队列提供了一个缓冲区，存储来自发送者的消息，直到接收者处理它们。

  消息队列的特性

  • 异步通信：与管道不同，消息队列支持异步操作，这样进程可以在无需等待对方响应的情况下发送或接收信息。
  • 持久性：某些实现可以将消息存储在磁盘上，确保即使系统崩溃后也能恢复。
  • 优先级管理：许多系统允许对消息设置优先级，高优先级的消息会被更早地处理。

  消息队列的实现方式

  UNIX 系统 V 消息队列

  UNIX 系统 V 提供了一种传统且强大的方式来实现消息队列，通过 msgget、msgsnd 和 msgrcv 系统调用进行管理。这种实现需要显式创建并销毁队列。

  POSIX 消息队列

  POSIX 定义了一套更现代化、更便捷的 API 用于管理消息队列，通过函数如 mq_open、mq_send 和 mq_receive 操作。这些 API 提供了更灵活的信息传递选项，并且支持信号与通知机制。

  消息队列的使用场景

  • 任务调度：在任务调度中，工作线程可以从消息队列中获取任务信息，从而实现负载均衡和资源优化。
  • 日志记录：多个应用程序或服务可以将日志条目写入一个集中式的日志服务器，该服务器通常通过消息队列收集和存储日志信息。
  • 实时数据流处理：在金融等需要快速数据处理和响应速度较高的领域，使用消息队列以保证数据流动性和系统高效性。

  如何选择合适的 IPC 机制

  选择 IPC 机制时，应考虑以下因素：

  • 数据量大小：如果传输的数据量大，可能需要结合共享内存等其他技术。
  • 实时性要求：对于延迟敏感型应用，应选择支持低延迟特性的 IPC 机制，如信号或共享内存。
  • 可靠性与持久性：如果需要确保信息不丢失，应选择具有持久性的机制，如某些高级别框架提供的持久化特性。

  常见问题及解决方案

  死锁问题

  由于进程可能会因为等待资源而导致死锁，因此设计时应尽量避免长时间占用资源。同时，可以通过超时策略来减少死锁发生概率。

  消息丢失

  对于关键任务，应启用确认机制，即发送方期望接收到一个确认回执，以确保信息已被成功接收和处理。

  指向原始笔记的链接

• 信号量

  • 原理：用于解决进程间对共享资源的访问控制问题。
  • 优点：能够保护共享资源，避免竞争条件。
  • 缺点：需要程序员手动控制信号量的值，易出错。

• 套接字(Socket)

  • 原理：通过网络套接字进行进程间通信。
  • 优点：支持不同主机上的进程通信。
  • 缺点：相比其他方式速度较慢，适用于跨网络通信场景。