一個故事看懂進程間通訊技術

2021 年 7 月 30 日
筆記

月黑風高夜，突然聽得咣當一聲，Web伺服器的目錄下冒出了兩個文件，弄出了不小的聲響。這兩個傢伙一胖一瘦，鬼鬼祟祟，潛入這台電腦，不知要搞什麼名堂。

「二弟，一會兒咱們按照計劃好的運行起來，分頭行事，你等我訊號，拿到數據後趕緊撤」，胖子對瘦子說到。

「老大，這地方我不熟悉，我怎麼等你訊號？咱們得想個聯繫方式，一會兒通訊使用」，瘦子說到。

「這個不用擔心，主人都交代好了」，胖子一邊說，一邊從背後拿出一本 《Linux進程間通訊手冊》 翻了起來。

訊號

翻開手冊的第一頁，上面寫著：訊號——Signal，兩個傢伙開始認真研究起來。

片刻之後，胖子程式說道：「唉，這個不行，往後翻吧！」

瘦子程式不解，問道：「咋就不行啦？」

「你看這裡，手冊上說了，訊號是Linux上的一種軟中斷通訊機制，可以向指定進程發送通知，總共有64種訊號，不過這個訊號只能作為通知使用，沒辦法傳輸數據」

「沒法傳輸數據？那這玩意有什麼用？」

「還是有用啊，可以通知某個進程發生了什麼事件，比如kill命令就是利用這個訊號來告知進程退出從而實現殺進程的效果的」

「原來如此」，瘦子程式若有所思的點了點頭，此時胖子已經翻到了手冊的第二頁。

socket

「你看，手冊上寫了，可以用socket」，胖子說到。

「socket？那不是網路通訊使用的嗎？」，瘦子有些疑惑。

「是啊，不過咱們一樣可以用來在本地電腦通訊，把連接的IP地址換成127.0.0.1就行了」

「感覺有點太招搖了，咱們電腦內部進程通訊，數據還要經過網卡，很容易被發現的！」

「不會不會，手冊上說了，127.0.0.1是本地迴環地址，數據在協議棧就進行轉發了，根本不會到達網卡」

「那抓包能抓到咱們通訊嗎？」

「嗯，讓我看看···手冊上說，可以在虛擬的迴環網卡lo上抓到數據」

「還是算了吧，咱干這事得悄悄進行，不能留下痕迹，你再看看還有沒有別的招」

聽瘦子這麼一說，胖子倒也覺得有理，便在手冊上繼續翻了起來。

匿名管道

「哎，有了有了，這個叫匿名管道的，聽起來就比較隱秘，應該不會被發現。」

瘦子接過手冊，看了起來。

這倆盯著手冊上的兩個圖研究了半天，總算弄明白了，所謂匿名管道不過是內核中的一段緩衝區，提供了讀寫兩個口子，通過fork創建子進程後，子進程繼承了父進程的管道資訊，兩邊只要約定好，一個讀，一個寫，就能實現通訊了。

「老大，這匿名管道是單向的，咱們要通訊，得整兩根管道才行，一個你寫我讀，一個我寫你讀」

「看起來挺靠譜，就這麼干！」，二人達成了一致。

胖子程式率先運行起來，隨後創建了兩個管道，一個用來發送消息，一個用來接收消息。接著執行fork，將瘦子程式也運行了起來。

時間過的很快，轉眼已是深夜，隨著電腦被關掉，兩個傢伙的進程也都退出了。

半夜無人之際，硬碟中這兩個傢伙開始吵起來了。

「你是怎麼回事？我給你發消息怎麼也不回，害得我一連發了一堆消息，最後把管道塞滿了，我都阻塞了！」，胖子程式氣憤地說道。

「嗨！別提了，主人給我寫的程式有bug，今天運行的時候不小心崩潰了，等我再次起來時，發現管道不見了，什麼情況啊？」，瘦子程式說完嘆了一口氣。

「那肯定不行，這匿名管道需要有親緣關係的進程繼承後才能通訊，你用別的方式運行起來，肯定看不到我創建的管道啊！」

「這匿名管道用起來太麻煩了，看看還有沒有別的通訊方式？」

胖子程式又掏出了手冊，翻了起來。

消息隊列

「有了有了，這裡還寫了兩種方式：命名管道、消息隊列」，胖子程式說到。

「命名管道？跟匿名管道有什麼區別嗎？」

「命名管道有名字，有了名字就不限有親緣關係的進程才能通訊了，只要使用這個名字，都能打開管道通訊，這下你就算掛了重啟也能跟我聯繫上了」

「那消息隊列又是什麼東西？」

「額，讓我看一下」

「給我也看看」，瘦子程式湊了上去，一起看了起來。

過了一會兒，瘦子程式說道：「我看明白了，這消息隊列是內核中的一個消息鏈表，按照消息塊組織，比那管道全是二進位數據流堆積在一起好用多了」

「有道理，而且這消息還可以指定類型，這樣咱們倆就不用弄兩個管道，一個消息隊列就行了，咱們倆使用不同的消息類型，可省了不少事兒啊！」

「那咱們就用消息隊列吧，別用那什麼管道了」

「好，就這麼干！」

兩個傢伙一拍即合，準備第二天再大幹一場。

第二天，電腦啟動後，它們又偷偷的運行了起來。

這一次用上了消息隊列，聯絡起來方便了不少。

共享記憶體

不知過了多久，那瘦子進程總算來信兒了，胖子從消息隊列中取出一看，只見上面寫著：

「老大，我拿到了數據了，需要你來處理一下，不過這數據體量有點大，用管道和消息隊列傳輸效率都太低了，有無辦法快速把數據傳送給你，盼速回。」

胖子進程心裡一陣歡喜，數據拿到了，總算可以回去交差了。不過怎麼樣快速把數據傳送過來呢，心裡又犯起了嘀咕。

此時，胖子進程又一次拿出手冊，翻到了最後一頁，發現了一個叫「共享記憶體」的東西，彷彿像抓住了救命稻草一般，仔細研究了起來。

片刻之後，胖子的臉上露出了笑容，隨後寫下了一條消息給瘦子進程發送了過去。

卻說這瘦子進程正在焦急等待消息中，收到老大的回信後，趕緊取出來看：

二弟，主人的手冊中提到，可以使用共享記憶體進行進程間通訊。

我準備了幾個記憶體頁面，你將它們映射到你的進程地址空間中，咱們就能共享這一片記憶體，你寫的數據我能立即看到，我寫的你也能立即看到，雖然咱們各自讀寫的地址不同，但實際上是訪問的同一片物理記憶體頁面，比管道和消息隊列效率高多了！

不過為了防止咱們一起讀寫發生衝突，需要配合訊號量一起使用，用它來實現進程間同步。

具體的使用方法如下：

······

······

盼速回！

瘦子進程看完，心中大喜！趕緊通過消息隊列發了一封回信。

隨後，通過老大交代的方法開始操作起來，打開共享、映射掛載一氣呵成。再接著，將數據一股腦兒寫到了共享的記憶體頁面中。

大功告成之後，便退出了進程，按照計劃準備撤退，卻不見了胖子的蹤跡，既無進程也無文件。

「這傢伙難道拋下我一個人跑了？」

正想著，突然「嗡」的一聲，瘦子的程式文件也沒了。

卻看那文件目錄之下，只留了一卷《Linux進程間通訊手冊》···