进程间的通信

管道

匿名管道

匿名管道的⽣命周期，是随进程的创建⽽建⽴，随进程的结束⽽销毁
 

匿名管道的创建，需要通过下⾯这个系统调⽤：

int pipe(int fd[2])
这⾥表示创建⼀个匿名管道，并返回了两个描述符，⼀个是管道的读取端描述符 fd[0] ，另⼀个是管道的写⼊端描述符 fd[1] 。注意，这个匿名管道是特殊的⽂件，只存在于内存，不存于⽂件系统中。

所谓的管道，就是内核⾥⾯的⼀串缓存。从管道的⼀段写⼊的数据，实际上是缓存在内核中的，另
⼀端读取，也就是从内核中读取这段数据。另外，管道传输的数据是⽆格式的流且⼤⼩受限。
 

匿名管道的两个文件描述符都在一个进程，怎么进行进程间通信？

可以使⽤ fork 创建⼦进程， 创建的⼦进程会复制⽗进程的⽂件描述符，这样就做到了两个进程各有两个「 fd[0] 与 fd[1] 」，两个进程就可以通过各⾃的 fd 写⼊和读取同⼀个管道⽂件实现跨进程通信了。

问题：两端都能写入和读出，易造成混乱，

解决：建立两个管道单向传输

对于匿名管道，它的通信范围是存在⽗⼦关系的进程。因为管道没有实体，也就是没有管
道⽂件，只能通过 fork 来复制⽗进程 fd ⽂件描述符，来达到通信的⽬的。
 

对于命名管道，它可以在不相关的进程间也能相互通信。因为命令管道，提前创建了⼀个类型为管
道的设备⽂件，在进程⾥只要使⽤这个设备⽂件，就可以相互通信。
 

消息队列

消息队列⽣命周期随内核，如果没有释放消息队列或者没有关闭操作系统
 

消息队列的通信模式就可以解决。⽐如， A 进程要给 B 进程发送消息， A 进程把数据放在
对应的消息队列后就可以正常返回了， B 进程需要的时候再去读取数据就可以了。同理， B 进程要给 A 进程发送消息也是如此
消息队列是保存在内核中的消息链表，在发送数据时，会分成⼀个⼀个独⽴的数据单元，也就是消
息体（数据块），消息体是⽤户⾃定义的数据类型，消息的发送⽅和接收⽅要约定好消息体的数据类型，所以每个消息体都是固定⼤⼩的存储块，不像管道是⽆格式的字节流数据。如果进程从消息队列中读取了消息体，内核就会把这个消息体删除。
 

不足之处：

• ⼀是通信不及时，
• ⼆是附件也有⼤⼩限制
• 存在⽤户态与内核态之间的数据拷⻉开销
   

因为进程写⼊数据到内核中的消息队列时，会发⽣从⽤户态拷⻉数据到内核态的过程，同理另⼀进程读取内核中的消息数据时，会发⽣从内核态拷⻉数据到⽤户态的过程
 

共享内存

消息队列的读取和写⼊的过程，都会有发⽣⽤户态与内核态之间的消息拷⻉过程。

共享内存的⽅式，就很好的解决了这⼀问题。
共享内存的机制，就是拿出⼀块虚拟地址空间来，映射到相同的物理内存中。
 

信号量

为了防⽌多进程竞争共享资源，⽽造成的数据错乱，所以需要保护机制，使得共享的资源，在任意时刻只能被⼀个进程访问。正好， 信号量就实现了这⼀保护机制。
 

信号量其实是⼀个整型的计数器，主要⽤于实现进程间的互斥与同步，⽽不是⽤于缓存进程间通信的数据。
 

信号量表示资源的数量，控制信号量的⽅式有两种原⼦操作：

• ⼀个是 P 操作，这个操作会把信号量减去 1，相减后如果信号量 < 0，则表明资源已被占⽤，进程需阻塞等待；相减后如果信号量 >= 0，则表明还有资源可使⽤，进程可正常继续执⾏。
• 另⼀个是 V 操作，这个操作会把信号量加上 1，相加后如果信号量 <= 0，则表明当前有阻塞中的进程，于是会将该进程唤醒运⾏；相加后如果信号量 > 0，则表明当前没有阻塞中的进程；

P 操作是⽤在进⼊共享资源之前， V 操作是⽤在离开共享资源之后，这两个操作是必须成对出现的。
 

信号

信号是进程间通信机制中唯⼀的异步通信机制，因为可以在任何时候发送信号给某⼀进程，⼀旦有信号产⽣，我们就有下⾯这⼏种，⽤户进程对信号的处理⽅式。

• 执⾏默认操作。 Linux 对每种信号都规定了默认操作，例如，上⾯列表中的 SIGTERM 信号，就是终⽌进程的意思。
• 捕捉信号。我们可以为信号定义⼀个信号处理函数。当信号发⽣时，我们就执⾏相应的信号处理函数。
• 忽略信号。当我们不希望处理某些信号的时候，就可以忽略该信号，不做任何处理。有两个信号是应⽤进程⽆法捕捉和忽略的，即 SIGKILL 和 SEGSTOP ，它们⽤于在任何时候中断或结束某⼀进程。
   

Socket

跨网络通信

前⾯提到的管道、消息队列、共享内存、信号量和信号都是在同⼀台主机上进⾏进程间通信，那要想跨⽹络与不同主机上的进程之间通信，就需要 Socket 通信了。
 

根据创建 socket 类型的不同，通信的⽅式也就不同：

• 实现 TCP 字节流通信： socket 类型是 AF_INET 和 SOCK_STREAM；
• 实现 UDP 数据报通信： socket 类型是 AF_INET 和 SOCK_DGRAM；
• 实现本地进程间通信： 「本地字节流 socket 」类型是 AF_LOCAL 和 SOCK_STREAM，「本地数据报 socket 」类型是 AF_LOCAL 和 SOCK_DGRAM。另外， AF_UNIX 和 AF_LOCAL 是等价的，所以AF_UNIX 也属于本地 socket；