六大进程通信机制总结 _通信机制

初学操作系统的时候，我就一直懵逼，为啥进程同步与互斥机制里有信号量机制，进程通信里又有信号量机制，然后你再看网络上的各种面试题汇总或者博客，你会发现很多都是千篇一律的进程通信机制有哪些？进程同步与互斥机制鲜有人问津。看多了我都想把 CSDN 屏了.....，最后知道真相的我只想说为啥不能一篇博客把东西写清楚，没头没尾真的浪费时间。
希望这篇文章能够拯救某段时间和我一样被绕晕的小伙伴。上篇文章我已经讲过进程间的同步与互斥机制，各位小伙伴看完这个再来看进程通信比较好。
全文脉络思维导图如下：

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1. 什么是进程通信顾名思义，进程通信（ InterProcess Communication，IPC）就是指进程之间的信息交换。实际上，进程的同步与互斥本质上也是一种进程通信（这也就是待会我们会在进程通信机制中看见信号量和 PV 操作的原因了），只不过它传输的仅仅是信号量，通过修改信号量，使得进程之间建立联系，相互协调和协同工作，但是它缺乏传递数据的能力。
虽然存在某些情况，进程之间交换的信息量很少，比如仅仅交换某个状态信息，这样进程的同步与互斥机制完全可以胜任这项工作。但是大多数情况下，进程之间需要交换大批数据，比如传送一批信息或整个文件，这就需要通过一种新的通信机制来完成，也就是所谓的进程通信。
再来从操作系统层面直观的看一些进程通信：我们知道，为了保证安全，每个进程的用户地址空间都是独立的，一般而言一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间，不过内核空间是每个进程都共享的，所以进程之间想要进行信息交换就必须通过内核。

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下面就来我们来列举一下 linux 内核提供的常见的进程通信机制：

管道（也称作共享文件）
消息队列（也称作消息传递）
共享内存（也称作共享存储）
信号量和 PV 操作
信号
套接字（Socket）

2. 管道匿名管道各位如果学过 Linux 命令，那对管道肯定不陌生，Linux 管道使用竖线 | 连接多个命令，这被称为管道符。
$ command1 | command2以上这行代码就组成了一个管道，它的功能是将前一个命令（command1）的输出，作为后一个命令（command2）的输入，从这个功能描述中，我们可以看出管道中的数据只能单向流动，也就是半双工通信，如果想实现相互通信（全双工通信），我们需要创建两个管道才行。
另外，通过管道符 | 创建的管道是匿名管道，用完了就会被自动销毁。并且，匿名管道只能在具有亲缘关系（父子进程）的进程间使用，。也就是说，匿名管道只能用于父子进程之间的通信。
在 Linux 的实际编码中，是通过 pipe 函数来创建匿名管道的，若创建成功则返回 0，创建失败就返回 -1：
int pipe (int fd[2]);该函数拥有一个存储空间为 2 的文件描述符数组：

fd[0] 指向管道的读端，fd[1] 指向管道的写端
fd[1] 的输出是 fd[0] 的输入

粗略的解释一下通过匿名管道实现进程间通信的步骤：
1）父进程创建两个匿名管道，管道 1（fd1[0]和 fd1[1]）和管道 2（fd2[0] 和 fd2[1]）；

因为管道的数据是单向流动的，所以要想实现数据双向通信，就需要两个管道，每个方向一个。

2）父进程 fork 出子进程，于是对于这两个匿名管道，子进程也分别有两个文件描述符指向匿名管道的读写两端；
3）父进程关闭管道 1 的读端 fd1[0] 和管道 2 的写端 fd2[1]，子进程关闭管道 1 的写端 fd1[1] 和管道 2 的读端 fd2[0]，这样，管道 1 只能用于父进程写、子进程读；管道 2 只能用于父进程读、子进程写。管道是用环形队列实现的，数据从写端流入从读端流出，这就实现了父子进程之间的双向通信。

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看完上面这些讲述，我们来理解下管道的本质是什么：对于管道两端的进程而言，管道就是一个文件（这也就是为啥管道也被称为共享文件机制的原因了），但它不是普通的文件，它不属于某种文件系统，而是自立门户，单独构成一种文件系统，并且只存在于内存中。
简单来说，管道的本质就是内核在内存中开辟了一个缓冲区，这个缓冲区与管道文件相关联，对管道文件的操作，被内核转换成对这块缓冲区的操作。