進(jìn)程間的通信（IPC）如何實(shí)現(xiàn)？

1、管道（ pipe ）

既可在程序中使用，也可在shell中使用。

管道是一種半雙工的通信方式，數(shù)據(jù)只能單向流動。

管道的問題在于他們沒有名字，只能在具有親緣關(guān)系（父子進(jìn)程間）的進(jìn)程間使用。

擴(kuò)展：

管道由pipe函數(shù)創(chuàng)建，提供一個單向數(shù)據(jù)流。當(dāng)需要一個雙向數(shù)據(jù)流時，我們必須創(chuàng)建兩個管道，每個方向一個。這也就是全雙工管道的實(shí)現(xiàn)原理：由兩個半雙工管道構(gòu)成。

2、命名管道 （named pipe） ：即FIFO

命名管道也是半雙工的通信方式。提供單向數(shù)據(jù)流。

克服了管道沒有名字的限制，因此允許無親緣關(guān)系的進(jìn)程間通信，解決了管道的上述問題。

擴(kuò)展：

管道和FIFO都是使用通常的read和write函數(shù)訪問。

FIFO由mkfifo函數(shù)創(chuàng)建。FIFO不同于管道的是，每個FIFO有一個路徑名與之關(guān)聯(lián)，從而允許無親緣關(guān)系的進(jìn)程訪問同一FIFO。

FIFO的真正優(yōu)勢表現(xiàn)在服務(wù)器可以是一個長期運(yùn)行的進(jìn)程（如守護(hù)進(jìn)程），而且與其客戶可以無親緣關(guān)系。

3、信號量（ semophore ）

主要作為進(jìn)程間以及同一進(jìn)程內(nèi)不同線程之間的同步手段。

進(jìn)程間通信處理同步互斥的機(jī)制。信號量是一個計數(shù)器，可以用來控制多個進(jìn)程對共享資源的訪問。它常作為一種鎖機(jī)制，防止某進(jìn)程正在訪問共享資源時，其他進(jìn)程也訪問該資源。

4、信號 （ sinal ）

是一種處理異步事件的方式。

信號是一種比較復(fù)雜的通信方式，用于通知接收進(jìn)程某個事件已經(jīng)發(fā)生。除了用于進(jìn)程外，還可以發(fā)送信號給進(jìn)程本身。

信號和信號量是不同的，他們雖然都可用來實(shí)現(xiàn)同步和互斥，但前者是使用信號處理器來進(jìn)行的，后者是使用P，V操作來實(shí)現(xiàn)的。

5、消息隊(duì)列（ message queue ）

消息隊(duì)列是消息的鏈表，包括Posix消息隊(duì)列systemV消息隊(duì)列。

有足夠權(quán)限的進(jìn)程都可以向隊(duì)列中添加消息，有足夠讀權(quán)限的進(jìn)程都可以讀走隊(duì)列中的消息。

消息隊(duì)列克服了信號承載信息量少，管道只能承載無格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺點(diǎn)。

擴(kuò)展：

消息隊(duì)列具有隨內(nèi)核的持續(xù)性，這跟管道和FIFO不一樣。當(dāng)一個管道或FIFO的最后一次關(guān)閉發(fā)生時，仍在該管道或FIFO上的數(shù)據(jù)將被丟棄。

兩種消息隊(duì)列：都不使用真正的描述符，因此在消息隊(duì)列上使用select或poll是困難的。兩種消息隊(duì)列：在某個進(jìn)程往一個隊(duì)列寫入消息之前，并不需要另外某個進(jìn)程在該隊(duì)列上等待消息的到達(dá)。

SystemV消息隊(duì)列的問題之一是無法通知一個進(jìn)程何時在某個隊(duì)列中放置了一個消息，也就是無法窺探一個消息。而Posix消息隊(duì)列允許異步事件通知，以告知何時有一個消息放置到了某個空消息隊(duì)列中。

Posix消息隊(duì)列缺失的主要特性是從隊(duì)列中讀出指定優(yōu)先級消息的能力。

使用管道和FIFO時，為在兩個方向上交換數(shù)據(jù)，需要兩個IPC通道。而使用消息隊(duì)列時單個隊(duì)列就夠用，由每個消息的類型來標(biāo)識該消息是從客戶到服務(wù)器還是從服務(wù)器到客戶。

Posix消息隊(duì)列消息鏈表的鏈表頭中含有當(dāng)前隊(duì)列的兩個屬性：隊(duì)列中允許的最大消息數(shù)和每個消息的最大大小。

Posix消息隊(duì)列消息隊(duì)列的2個限制：一個進(jìn)程能同時擁有打開著的消息隊(duì)列的最大數(shù)目；任意消息的最大優(yōu)先級。

6、共享內(nèi)存（ shared memory ）

是由一個進(jìn)程創(chuàng)建，但多個進(jìn)程都可以訪問的同一塊內(nèi)存空間。是最快的可用IPC形式（因?yàn)楣蚕韮?nèi)存區(qū)中的單個數(shù)據(jù)副本對于共享該內(nèi)存的所有線程或進(jìn)程都是可用的）。

是針對其他通信機(jī)制運(yùn)行效率較低而設(shè)計的。往往與其它通信機(jī)制，如信號量結(jié)合使用，來達(dá)到進(jìn)程間的同步和通信。

一般IPC形式（管道、FIFO、消息隊(duì)列）的問題在于，兩個進(jìn)程要交換信息，這些信息必須經(jīng)由內(nèi)核傳遞。而進(jìn)程間共享內(nèi)存時，交換數(shù)據(jù)就不再涉及內(nèi)核。這些進(jìn)程必須協(xié)調(diào)或同步對該共享內(nèi)存區(qū)的使用。

將共享內(nèi)存區(qū)用于客戶-服務(wù)器文件復(fù)制：該共享內(nèi)存區(qū)同時存在于客戶和服務(wù)器的地址空間。

數(shù)據(jù)只需復(fù)制兩次：一次從輸入文件到共享內(nèi)存區(qū)，另一次從共享內(nèi)存區(qū)到輸出文件。

然而其他IPC形式（管道、FIFO、消息隊(duì)列）則需要四次復(fù)制：

另外，默認(rèn)情況下通過fork派生的子進(jìn)程并不與其父進(jìn)程共享內(nèi)存區(qū)。?。?！

7、套接字（ socket ）

更為一般的進(jìn)程間通信機(jī)制，可用于不同機(jī)器之間的進(jìn)程間通信。

8、遠(yuǎn)程過程調(diào)用：RPC

構(gòu)筑一個應(yīng)用程序時，如果所有進(jìn)程都在同一臺主機(jī)，那么可以使用前面的各種IPC方式；如果進(jìn)程不在同一個主機(jī)上，那就要求進(jìn)程間使用某種形式的網(wǎng)絡(luò)通信，RPC提供了這樣一種工具，它屬于隱式網(wǎng)絡(luò)編程的范疇。

RPC是用于從一個系統(tǒng)（客戶主機(jī)）上某個程序調(diào)用另一個系統(tǒng)上（服務(wù)器主機(jī)）某個函數(shù)的一種方法。

它的調(diào)用進(jìn)程和被調(diào)用進(jìn)程可在不同主機(jī)上執(zhí)行，客戶和服務(wù)器運(yùn)行在不同主機(jī)上，而且過程調(diào)用中涉及網(wǎng)絡(luò)I/O，對于程序員是透明的。

另外，RPC也可用于同一主機(jī)上的客戶和服務(wù)器之間，因此也可認(rèn)為是另一種形式的消息傳遞。

補(bǔ)充：

作業(yè)：用戶在一次解題或一個事務(wù)處理過程中要求計算機(jī)系統(tǒng)所做工作的集合。它包括用戶程序、所需要的數(shù)據(jù)及控制命令等。作業(yè)是由一系列有序的步驟組成的。

進(jìn)程：一個程序在一個數(shù)據(jù)集上的一次運(yùn)行過程。所以一個程序在不同數(shù)據(jù)集合上運(yùn)行，乃至一個程序在同樣數(shù)據(jù)集合上多次運(yùn)行都是不同的進(jìn)程。

線程：線程是進(jìn)程中的一個實(shí)體，是被系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和執(zhí)行的基本單位。

管程：管程實(shí)際上是定義了一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和在該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的能為并發(fā)進(jìn)程所執(zhí)行的一組操作，這組操作能同步進(jìn)程和改變管程中的數(shù)據(jù)。管程的基本思想是，將共享變量和對它們的操作集中在一個模塊中，操作系統(tǒng)或并發(fā)程序就由這樣的模塊構(gòu)成。這樣模塊之間聯(lián)系清晰，便于維護(hù)和修改，易于保證正確性。管程有一個很重要的特性，即任一時刻管程中只能有一個活躍進(jìn)程，這一特性使管程能有效地完成互斥。用管程實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步時，管程中的過程是不可中斷的。