System V 以及POSIX 对信号量、共享内存、消息队列等进程之间共享方式提供了自己的解决方案。因此,在学习时难免存在疑惑,到底有什么区别,哪种方式更佳。经过网上搜索各种博客,做出简单的总结。

历史

UNIX两大贡献者贝尔实验室和BSD,在进程之间通信侧重不同,前者基于内核对进程之间的通信手段进行了改进,形成了“System V IPC”,而后者则是基于网络形成了套接字。

而POSIX则是IEEE制定的标准,目的是为运行在不同操作系统上的软件提供统一的接口,实现者则是不同的操作系统内核开发人员。

效率

在信号量这种常用的同步互斥手段方面,POSIX在无竞争条件下是不会陷入内核的,而SYSTEM V则是无论何时都要陷入内核,因此性能稍差。

冗余

POSIX的sem_wait函数成功获取信号量后,进程如果意外终止,将无法释放信号量,而System V则提供了SEM_UNDO选项来解决这个问题。因此,相比而言,后者更加可靠。

应用

可能有小部分操作系统没有实现POSIX标准,System V更加广泛些,但是考虑到可移植性POSIX必然是一个趋势。在IPC,进程间的消息传递和同步上,似乎POSIX用得较普遍,而在共享内存方面,POSIX实现尚未完善,system V仍为主流。

多线程与多进程

在观察使用进程间通信手段后,会发现在多线程中使用的基本是POSIX标准提供的接口函数,而多进程则是基于System V。但是两者难道就不能交叉使用吗?

多线程使用System V接口---不建议。线程相对于进程是轻量级的,例如调度的策略开销,如果使用System V这种每次调用都会陷入内核的接口,会丧失线程的轻量优势。所以,多线程之间的通信不使用System V的接口函数。

多进程使用POSIX也是允许的

以mutex为例 ,POSIX的mutex如果要用于多进程,需要实现如下两点要求:(对于SEM信号量相对简单,因为提供了有名SEM的能够用于多进程,它是内核持续的,详见http://blog.csdn.net/firstlai/article/details/50706243)

  • mutex能为多个进程所见;
  • mutex本身不额外使用进程本地的内存,如堆内存。

对于第一条是很好满足的,只需要使mutex驻留在共享内存中,创建子进程之前初始化mutex即可;对于第二条GCC的pthread实现也满足,但是需要通过设置mutex的属性,mutex默认是PTHREAD_PROCESS_PRIVATE,即仅支持单进程。如果mutex驻留于共享内存,但pshared为PTHREAD_PROCESS_PRIVATE,此时多进程操作该mutex的行为是未定义的。因此需要设置为 PTHREAD_PROCESS_SHARED即可。

  1.  
    #include <pthread.h>
  2.  
    #include <sys/mman.h>
  3.  
    #include <sys/types.h>
  4.  
    pthread_mutex_t *mtx = NULL;
  5.  
    int main() {
  6.  
    //~ reside mutex in shm
  7.  
    mtx = (pthread_mutex_t*)mmap(NULL, sizeof(pthread_mutex_t), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANON, -1, 0);
  8.  
    if (mtx == MAP_FAILED) {
  9.  
    perror("mmap");
  10.  
    exit(1);
  11.  
    }
  12.  
    pthread_mutexattr_t attr;
  13.  
    pthread_mutexattr_init(&attr); //~necessary, or weird EINVAL error occurs when operating on the mutex
  14.  
    pthread_mutexattr_setpshared(&attr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
  15.  
    pthread_mutex_init(mtx, &attr);
  16.  
    //~ here the fork
  17.  
    pid_t pid = fork();
  18.  
    if (pid < 0) {
  19.  
    perror("fork");
  20.  
    exit(1);
  21.  
    } else if (pid > 0) {
  22.  
    //~ parent
  23.  
    //~ lock lock lock
  24.  
    } else {
  25.  
    //~ child
  26.  
    //~ lock lock lock
  27.  
    }
  28.  
    return 0;
  29.  
    }

参考文献

http://blog.chinaunix.net/uid-26651253-id-3342091.html

http://blog.csdn.net/xuemiao1234/article/details/6869182

https://www.zhihu.com/question/35169528

http://blog.csdn.net/liangxiaozhang/article/details/8504076

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