进程间六种通信方式

进程用户地址空间是相互隔离的，所以要通信要经过内核

1、管道

匿名管道

没有名称，本质是内核的一段缓存，只能单向通信，数据是无格式的字节流且大小受限，符合先进先出，生命周期跟进程一样

通过调用pipe得到读写描述符进行，由于存在同一个进程中，所以匿名管道只用于父子进程通信，子进程会复制父进程的文件描述符。

命名管道

可进行不同进程的通信，提前建立了类型为管道的设备文件，访问这个设备文件就可以通信

2、消息队列

保存在内核的消息链表，使用用户自定义数据类型的消息体为单位传递数据，发送消息后就可以返回，读完就删除消息

消息队列通信不及时，消息大小有限制，内核态到用户态的消息拷贝开销

需要主动释放消息队列，如果没有释放消息队列进程终止也还会继续存在

3、共享内存

解决了数据拷贝的开销，通过虚拟地址，映射到一块公共的物理内存空间，即共享内存

一个进程读写，另外进程就能够快速看到，通信速度快

4、信号量

由于共享内存操作同块内存，所以会有互相覆盖的危险，所以需要信号量来进行同步。

一个整形计数器表示资源的数量，实现互斥操作，通过PV原子操作控制信号量

• P操作需要减少信号量，如果<0表明资源已被占用，需要阻塞等待。相减后>=0，表明还有资源，进程可继续运行
• V操作增加信号量，相加后<=0表明有进程处于阻塞，需要唤醒操作。相加后>0表明当前没有阻塞的进程

5、信号

信号是进程间通信的唯一异步通信机制，可以在任何时候发送信号给某一进程，用户进程收到信号有如下几种处理方式：

忽略信号。SIGKILL和SIGSTOP无法捕捉和忽略，用于任何时候中断或结束某一进程。

执行默认操作。每种信号都规定了默认操作

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。

kill -9就是SIGKILL信号

Ctrl+C产生SIGTINT信号，终止进程

Ctrl+Z产生SIGISTP信号，停止进程

6、Socket

要想跨网络与不同主机通信，就需要Socket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。

实际上，Socket 通信不仅可以跨网络与不同主机的进程间通信，还可以在同主机上进程间通信。

我们来看看创建 socket 的系统调用：

int socket(int domain, int type, int protocal)

三个参数分别代表：

• domain 参数用来指定协议族，比如 AF_INET 用于 IPV4、AF_INET6 用于 IPV6、AF_LOCAL/AF_UNIX 用于本机；
• type 参数用来指定通信特性，比如 SOCK_STREAM 表示的是字节流，对应 TCP、SOCK_DGRAM 表示的是数据报，对应 UDP、SOCK_RAW 表示的是原始套接字；
• protocal 参数原本是用来指定通信协议的，但现在基本废弃。因为协议已经通过前面两个参数指定完成，protocol 目前一般写成 0 即可；

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；

接下来，简单说一下这三种通信的编程模式。

针对 TCP 协议通信的 socket 编程模型

• 服务端和客户端初始化 socket，得到文件描述符；
• 服务端调用 bind，将绑定在 IP 地址和端口;
• 服务端调用 listen，进行监听；
• 服务端调用 accept，等待客户端连接；
• 客户端调用 connect，向服务器端的地址和端口发起连接请求；
• 服务端 accept 返回用于传输的 socket 的文件描述符；
• 客户端调用 write 写入数据；服务端调用 read 读取数据；
• 客户端断开连接时，会调用 close，那么服务端 read 读取数据的时候，就会读取到了 EOF，待处理完数据后，服务端调用 close，表示连接关闭。

这里需要注意的是，服务端调用 accept 时，连接成功了会返回一个已完成连接的 socket，后续用来传输数据。

所以，监听的 socket 和真正用来传送数据的 socket，是「两个」 socket，一个叫作监听 socket，一个叫作已完成连接 socket。

成功连接建立之后，双方开始通过 read 和 write 函数来读写数据，就像往一个文件流里面写东西一样。

针对 UDP 协议通信的 socket 编程模型

UDP 是没有连接的，所以不需要三次握手，也就不需要像 TCP 调用 listen 和 connect，但是 UDP 的交互仍然需要 IP 地址和端口号，因此也需要 bind。

对于 UDP 来说，不需要要维护连接，那么也就没有所谓的发送方和接收方，甚至都不存在客户端和服务端的概念，只要有一个 socket 多台机器就可以任意通信，因此每一个 UDP 的 socket 都需要 bind。

另外，每次通信时，调用 sendto 和 recvfrom，都要传入目标主机的 IP 地址和端口。

针对本地进程间通信的 socket 编程模型

本地 socket 被用于在同一台主机上进程间通信的场景：

• 本地 socket 的编程接口和 IPv4 、IPv6 套接字编程接口是一致的，可以支持「字节流」和「数据报」两种协议；
• 本地 socket 的实现效率大大高于 IPv4 和 IPv6 的字节流、数据报 socket 实现；

对于本地字节流 socket，其 socket 类型是 AF_LOCAL 和 SOCK_STREAM。

对于本地数据报 socket，其 socket 类型是 AF_LOCAL 和 SOCK_DGRAM。

本地字节流 socket 和 本地数据报 socket 在 bind 的时候，不像 TCP 和 UDP 要绑定 IP 地址和端口，而是绑定一个本地文件，这也就是它们之间的最大区别。

参考 小林coding