进程、线程间通信机制

进程、线程间通信机制

1. 管道（pipe）

管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程。

2. 有名管道（named pipe）

有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系的进程间通信。

3. 信号量（semophore）

信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。

4. 消息队列（message queue）

消息队列是由消息链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

5. 信号（sinal）

信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。

6. 共享内存（share memory）

共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存最快的IPC(Inter-process communication)方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。

7. 套接字（socket）

套接字也是一种进程间的通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信。

为什么要进行进程间通信（IPC—inter process communication）

1. 数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程，发送的数据量在一个字节到几M字节之间
2. 共享数据：多个进程想要操作共享数据，一个进程对共享数据的修改，别的进程应该立即看到
3. 通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它们发生了某种事件（如进程终止时需要通知父进程）。
4. 资源共享： 多个进程之间共享同样的资源。为了做到这一点，需要内核提供锁和同步机制。
5. 进程控制： 有些进程希望完成控制另一个进程的执行（如debug进程），此时控制进程希望能够拦截另一进程的所有陷入和异常，并能够及时知道它的状态改变。

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线程间通信机制

1. 锁机制

1. 互斥锁：提供了以排它方式阻止数据结构被并发修改的方法
2. 读写锁：允许多个线程同时读共享数据，而对写操作互斥
3. 条件变量：以原子的方式阻塞进程，知道某个特定条件为真为止。对条件测试是在互斥锁的保护下进行的。条件变量始终与互斥锁一起使用

2. 信号量机制：包括无名线程信号量与有名线程信号量

3.信号机制：类似于进程间信号处理

线程间通信的主要目的是用于线程同步，所以线程没有像进程通信中用于数据交换的通信机制

线程同步机制

1. 临界区（CCriticalSection）

   当多个线程访问一个独占性共享资源时，可以使用临界区对象。拥有临界区的线程可以访问被保护起来的资源或代码段，其他线程若想访问，则被挂起，直到拥有临界区的线程放弃临界区为止。具体应用方式：

   1、定义临界区对象CcriticalSection g_CriticalSection;

   2、 在访问共享资源（代码或变量）之前，先获得临界区对象，g_CriticalSection.Lock（）;

   3、 访问共享资源后，则放弃临界区对象，g_CriticalSection.Unlock（）;

2. 事件（CEvent）

   事件(Event)是WIN32提供的最灵活的线程间同步方式，事件可以处于激发状态(signaled or true)或未激发状态(unsignal or false)。根据状态变迁方式的不同，事件可分为两类：

   （1）手动设置：这种对象只可能用程序手动设置，在需要该事件或者事件发生时，采用SetEvent及ResetEvent来进行设置。
   （2）自动恢复：一旦事件发生并被处理后，自动恢复到没有事件状态，不需要再次设置。

   使用”事件”机制应注意以下事项：
   （1）如果跨进程访问事件，必须对事件命名，在对事件命名的时候，要注意不要与系统命名空间中的其它全局命名对象冲突；
   （2）事件是否要自动恢复；
   （3）事件的初始状态设置。

   由于event对象属于内核对象，故进程B可以调用OpenEvent函数通过对象的名字获得进程A中event对象的句柄，然后将这个句柄用于ResetEvent、SetEvent和WaitForMultipleObjects等函数中。此法可以实现一个进程的线程控制另一进程中线程的运行，例如：

   HANDLE hEvent=OpenEvent(EVENT_ALL_ACCESS,true,"MyEvent"); ResetEvent(hEvent);

3. 全部变量

4. 互斥量（CMutex）

   互斥对象和临界区对象非常相似，只是其允许在进程间使用，而临界区只限制与同一进程的各个线程之间使用，但是更节省资源，更有效率。

5. 信号量（CSemphore）

   当需要一个计数器来限制可以使用某共享资源的线程数目时，可以使用“信号量”对象。CSemaphore类对象保存了对当前访问某一个指定资源的线程的计数值，该计数值是当前还可以使用该资源的线程数目。如果这个计数达到了零，则所有对这个CSemaphore类对象所控制的资源的访问尝试都被放入到一个队列中等待，直到超时或计数值不为零为止。

   信号量是维护0到指定最大值之间的同步对象。信号量状态在其计数大于0时是有信号的，而其计数是0时是无信号的。信号量对象在控制上可以支持有限数量共享资源的访问。

   信号量的特点和用途可用下列几句话定义：

   （1）如果当前资源的数量大于0，则信号量有效；
   （2）如果当前资源数量是0，则信号量无效；
   （3）系统决不允许当前资源的数量为负值；
   （4）当前资源数量决不能大于最大资源数量。

   创建信号量

   HANDLE CreateSemaphore ( 　PSECURITY_ATTRIBUTE psa,　  LONG lInitialCount, //开始时可供使用的资源数　  LONG lMaximumCount, //最大资源数  PCTSTR pszName);

   释放信号量

   通过调用ReleaseSemaphore函数，线程就能够对信标的当前资源数量进行递增，该函数原型为：

   BOOL WINAPI ReleaseSemaphore( 　HANDLE hSemaphore, 　LONG lReleaseCount, //信号量的当前资源数增加lReleaseCount 　LPLONG lpPreviousCount  );

   打开信号量　

   和其他核心对象一样，信号量也可以通过名字跨进程访问，打开信号量的API为：

   HANDLE OpenSemaphore ( 　DWORD fdwAccess, 　BOOL bInherithandle, 　PCTSTR pszName );

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