进程间通信（IPC）

进程间通信（IPC）

进程间通信指的是在不同的进程间传播或者交换信息

IPC的方式通常有管道（包括无名管道和命名管道）、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。

一、管道通信

管道通信是UNIX系统中IPC最古老的形式

1.特点：

1. 半双工
2. 它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信
3. 它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write函数，但是他不是普通的文件，他只存在于内存之中

2.原型：

int pipe(int fd[2]);

当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符：fd[0]为读而打开，fd[1]为写而打开。如下图

graph LR subgraph 内核 管道 end subgraph 进程 fd0 fd1 end fd1-->管道 管道-->fd0

二、FIFO

FIFO，也称为命名管道，它是一种文件类型。

1.特点

1. FIFO可以在无关的进程之间交换数据，与无名管道不同。
2. FIFO有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。

2.原型

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

其中的 mode 参数与open函数中的 mode 相同。一旦创建了一个 FIFO，就可以用一般的文件I/O函数操作它。

当 open 一个FIFO时，是否设置非阻塞标志（O_NONBLOCK）的区别：

若没有指定O_NONBLOCK（默认），只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO。类似的，只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它。

若指定了O_NONBLOCK，则只读 open 立即返回。而只写 open 将出错返回 -1 如果没有进程已经为读而打开该 FIFO，其errno置ENXIO。

三、消息队列

消息队列，是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标识。

1.特点

消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。

消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除。

消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。

2.原型

 #include <sys/msg.h>
 // 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1
 int msgget(key_t key, int flag);
// 添加消息：成功返回0，失败返回-1
 int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);
// 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1
 int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);
 // 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1
 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

四、信号量

信号量（semaphore）与已经介绍过的 IPC 结构不同，它是一个计数器。信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。

1.特点

信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存。

信号量基于操作系统的 PV 操作，程序对信号量的操作都是原子操作。

每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，而且可以加减任意正整数。

支持信号量组。

2.原型

最简单的信号量是只能取 0 和 1 的变量，这也是信号量最常见的一种形式，叫做二值信号量（Binary Semaphore）。而可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。

#include <sys/sem.h>
// 创建或获取一个信号量组：若成功返回信号量集ID，失败返回-1
 int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
// 对信号量组进行操作，改变信号量的值：成功返回0，失败返回-1
 int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);  
// 控制信号量的相关信息
int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);

五、共享内存区

共享内存（Shared Memory），指两个或多个进程共享一个给定的存储区。

1.特点

共享内存是最快的一种 IPC，因为进程是直接对内存进行存取。

因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步。

信号量+共享内存通常结合在一起使用，信号量用来同步对共享内存的访问。

2.原型

 #include <sys/shm.h>
 // 创建或获取一个共享内存：成功返回共享内存ID，失败返回-1
 int shmget(key_t key, size_t size, int flag);
// 连接共享内存到当前进程的地址空间：成功返回指向共享内存的指针，失败返回-1
void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);
 // 断开与共享内存的连接：成功返回0，失败返回-1
 int shmdt(void *addr); 
 // 控制共享内存的相关信息：成功返回0，失败返回-1
 int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);

五种通讯方式总结

1.管道：速度慢，容量有限，只有父子进程能通讯

2.FIFO：任何进程间都能通讯，但速度慢

3.消息队列：容量受到系统限制，且要注意第一次读的时候，要考虑上一次没有读完数据的问题

4.信号量：不能传递复杂消息，只能用来同步

5.共享内存区：能够很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一个进程在写的时候，另一个进程要注意读写的问题，相当于线程中的线程安全，当然，共享内存区同样可以用作线程间通讯，不过没这个必要，线程间本来就已经共享了同一进程内的一块内存

by：https://blog.csdn.net/wh_sjc/article/details/70283843