Solaris 进程间通信（IPC）实验教程 — IPC 机制全解
基本信息
- 来源: 田浩然上传的资料 / 0B104 操作系统高级课程 / Solaris实验 / Chap05_IPC_doc.pdf
- 页数: 30 页，text_based PDF
- 性质: 操作系统高级课程第 5 章实验讲义，Solaris 10 环境，中文，含完整 C 代码实例
章节结构
- 5.1 概述 / 5.2 管道与命名管道 / 5.3 消息队列 / 5.4 共享内存 / 5.5 门（Doors）/ 5.6 小结 / 5.7 思考题 / 5.8 参考资料
核心知识
IPC 体系谱系
- 最初 Unix IPC: 管道、FIFO、信号
- System V IPC（AT&T 贝尔实验室路线，限单机内）: System V 消息队列、信号量、共享内存区
- POSIX IPC: POSIX 消息队列、信号量、共享内存区（Solaris 从开始就遵循 POSIX）
- BSD 路线: Socket（可跨机）；Solaris 两者都继承
- 信号/信号量偏同步互斥，套接字走网络接口，门（Doors）是 Solaris 特有
管道（Pipe）
- POSIX 管道半双工；Solaris（SVR4 系）管道基于 STREAMS，是全双工的——这是很多人不知道的细节
- 仅限亲缘进程；自成一种只存在于内存中的独立文件系统
- 读写规则（关键）：
- 双端都打开时读写均不确定，惯例是父子各自关闭一端
- 写端关闭 → 读端读完缓冲后返回 0（EOF）
- 读端关闭 → 写入收到 SIGPIPE；忽略则 write 返回 -1、errno=EPIPE
- 单次写入 ≤ PIPE_BUF 字节保证原子性（不与其他写进程数据交叉）
- 局限：仅亲缘进程、无名、缓冲区仅一页大小、无格式字节流需双方约定格式
命名管道（FIFO）
mkfifo(path, mode)；有路径名，无亲缘进程也可通信- 打开规则：未设 O_NONBLOCK/O_NDELAY 时，只读 open 阻塞到有写者打开（反之亦然）；设了非阻塞则只读 open 立即返回，只写 open 无读者时返回 ENXIO
- 读写规则同管道；因常有多个写者，PIPE_BUF 原子性问题更突出
- 不支持 lseek 等定位操作
消息队列（System V）
- 内核常驻消息链表，随内核持续（kernel-persistent），区别于管道/信号的”随进程持续”
- 克服信号信息量有限、管道无格式字节流且缓冲区受限的缺点
- 消息带格式和优先级；内核数据结构
struct msqid_ds 是所有消息队列的访问入口
- 分 POSIX 与 System V 两类
共享内存
- 最快的 IPC：避免其他 IPC 的大量缓冲复制。管道/消息队列需内核-用户空间 4 次拷贝；共享内存只需 2 次（输入文件→共享区→输出文件）
- 同一物理内存映射进多个进程地址空间（虚拟地址可不同）；必须配合同步机制（互斥锁/信号量）
- Solaris 10 支持 mmap()、POSIX 共享内存、System V 共享内存三种
- System V 路径：
shmget 创建/获取共享区并同时在内核建 shmid_ds 控制结构 + 在特殊文件系统 shm 中创建同名文件——共享内存是存储管理与文件系统结合的桥梁
- 实践上保持映射直到通信完毕，内容在解除映射时才写回文件
门（Doors）— Solaris 特有，本文最有特色的部分
- Solaris 2.6 引入，为同机客户-服务器间快速 RPC 提供机制，是 IPC 与 RPC 的综合
- 基于用户线程级 → 省内存、提高内存使用效率；典型用途：用户认证（服务端获取客户端证书）、在线翻译系统（词库放服务端共享）
- 工作方式：服务器进程创建门并绑定到文件（类似 FIFO，常放 /tmp），客户端打开该文件即连接到门；每次客户调用由服务器进程中一个线程处理，线程由门函数库自动管理
- 门服务器是并发服务器，线程安全由内核保证
- 三个核心函数：
door_create()、fattach()（绑定文件）、door_return()（回复）
- 实验用 dtrace 跟踪验证服务端互斥访问的线程安全性；高级功能支持描述符交换、传递口令/文件路径
讲义的工程建议（5.6 小结，观点鲜明）
- 管道和 FIFO 是每天都在用的根本构件，值得精通
- 新应用程序应尽量避免 System V 消息队列和信号量，改用全双工管道和文件锁（更简单）
- 共享内存段有应用场合，mmap 能提供同样功能
思考题（值得做的实验）
- 父进程写管道后不关闭读端立即读取，子进程 3 秒后读到什么？
- 多个写子进程且单次写入超过 PIPE_BUF 时的数据交叉现象（
getconf PIPE_BUF 查上限）
参考资料亮点
- Solaris Internals / Solaris Performance and Tools（McDougall & Mauro [& Gregg]）
- Stevens《UNIX 网络编程 第二卷：进程间通信》《UNIX 环境高级编程》
- 毛德操《Linux 内核源代码情景分析》（对 Solaris 内核也有很好分析）
关联
- 与 APUE-unix环境高级编程 的 IPC 章节互补（本讲义偏 Solaris/STREAMS 视角）
- 门的机制是 Solaris 独有知识点，与通用 Linux IPC 教程形成对照