本文旨在探討進程間通信的重要性，並介紹了不同的通信機制，如管道、消息隊列、共用記憶體、信號量、信號和套接字。通過理解這些通信機制的特點和應用場景，可以更好地實現進程間的高效數據共用。同時，本文還強調了同步和互斥機制的重要性，以確保數據的一致性和正確性。最後，還介紹了套接字作為一種跨網路和同一主機上進程... ...
進程間通信
在操作系統中，進程間通信是指不同進程之間進行信息共用、數據傳輸和消息通知等交互的過程。每個進程在創建時都有自己獨立的虛擬地址空間，但它們共用內核空間。因此，要實現進程間的通信，必須通過內核來進行中介，如下圖所示：
在Linux系統中，提供了多種進程間通信的機制，包括管道、消息隊列、共用記憶體、信號量、信號、套接字等。這些機制允許進程之間共用數據、傳輸消息以及進行進程間的同步與通信。下麵我們詳細講解下。
管道
管道是一種進程間通信機制，它可以將一個進程的輸出直接作為另一個進程的輸入。在Linux系統中，管道可以用於將命令的輸出傳遞給另一個命令進行處理。
ps -ef |grep java
使用Linux系統練手的時候，想必大家都是用這樣的一種命令查看java進程，命令中的 | 就是管道命令，但是這個是匿名管道，用完了就銷毀，匿名管道只能在有父子關係的進程之間進行通信。他的功能也很好理解，一個進程的輸出直接作為另一個進程的輸入，所以才能只展現java進程，所以他的傳輸方式是單向傳輸。
那麼既然有匿名管道，就有命名管道，被叫做 FIFO，因為數據是先進先出的傳輸方式。命名管道具有讀寫兩個埠，進程可以通過打開管道的文件來進行讀取或寫入。當一個進程寫入數據到管道時，另一個進程可以從管道中讀取數據。
在使用命名管道前，先需要通過 mkfifo 命令來創建，並且指定管道名字：
$ mkfifo myPipe
myPipe 是管道的名稱，在 Linux 中一切皆文件的原則下，管道也以文件的形式存在。我們可以使用 ll 命令查看一下，該文件的類型是 p，表示為管道（pipe）。
接下來，我們將數據寫入名為 myPipe 的管道中：
在執行完寫入操作後，你可能會發現命令執行後一直停留在那裡。這是因為管道中的數據沒有被讀取，只有當管道中的數據被完全讀取後，命令才能正常退出。因此，我們需要執行另一個命令來讀取管道中的數據：
可以觀察到，管道中的內容已經被成功讀取並列印在終端上，另外，echo命令也正常退出了。
從中我們可以得知，匿名管道的通信範圍限定在具有父子關係的進程之間。由於管道本身沒有實體，也就是沒有管道文件，所以只能通過fork來複制父進程的文件描述符，以實現進程間的通信。（fork是一個操作系統調用，用於創建一個新的進程。當調用fork時，操作系統會複製當前進程的副本）
在shell中執行A | B命令時，A進程和B進程都是由shell創建的子進程。A和B之間不存在父子關係，它們的父進程都是shell。
此外，對於命名管道，它可以在不相關的進程之間進行通信。這是因為命名管道事先創建了一個特定類型的設備文件，在進程中只需要使用該設備文件，就可以實現進程之間的通信。
消息隊列
消息隊列是一種進程間通信的機制，它相比於管道具有更高的效率和靈活性。消息隊列是通過在內核中創建一個消息鏈表來實現的，進程可以將數據放入消息隊列中，然後其他進程可以從隊列中讀取這些數據。
例如，當進程A需要向進程B發送消息時，進程A將數據放入B進程對應的消息隊列後即可正常返回。而進程B可以在需要時去讀取數據。同樣地，當進程B需要向進程A發送消息時，也可以按照相同的方式進行操作。
與管道不同的是，消息隊列是有格式的，每個消息體都是固定大小的存儲塊，進程在讀取數據時需要約定好消息體的數據類型。消息隊列的優勢在於可以支持進程間的非同步通信，發送方和接收方不需要同時運行，消息可以在隊列中等待對方讀取。不像管道是無格式的位元組流數據。如果進程從消息隊列中讀取了消息體，內核就會把這個消息體刪除。
消息隊列的生命周期與內核相關，如果沒有顯式地釋放消息隊列或關閉操作系統，消息隊列將一直存在。而管道的生命周期是隨著進程的創建和結束而動態建立和銷毀。
然而，消息隊列也存在一些缺點。由於數據在用戶態和內核態之間進行拷貝，消息隊列通信過程中存在一定的開銷。當進程將數據寫入消息隊列時，需要將數據從用戶態拷貝到內核態；而另一個進程從消息隊列中讀取數據時，需要將數據從內核態拷貝到用戶態。這種數據拷貝開銷會影響通信的效率。
共用記憶體
共用記憶體是一種高效的進程間通信機制，它允許多個進程共用同一塊記憶體區域，避免了數據的拷貝過程，提高了通信速度。
在共用記憶體機制中，操作系統將一塊共用記憶體區域映射到多個進程的虛擬地址空間中，使得它們可以直接訪問同一塊物理記憶體。這樣，一個進程對共用記憶體的寫入操作，其他進程可以立即看到更新後的數據，而不需要進行數據的拷貝傳輸。
由於共用記憶體不進行數據拷貝，因此在進程間通信的過程中，它具有較低的開銷和較高的傳輸速度。然而，共用記憶體機制需要通過同步機制來保證多個進程之間的數據一致性，以免出現競爭條件和數據不一致的問題。
總結
本篇文章總結了進程間通信的三種常見機制：管道、消息隊列和共用記憶體。它介紹了每種機制的特點、優缺點以及適用場景。管道適用於父子進程之間的通信，但只能在有親緣關係的進程之間使用。消息隊列可以用於非同步通信，並且支持多個進程之間的通信，但是消息的格式需要事先定義。共用記憶體是一種高效的通信方式，可以實現多個進程共用同一塊記憶體區域，但需要處理進程間的同步和互斥。根據實際需求，可以選擇合適的機制進行進程間通信。
下一篇文章將繼續探討信號量、信號和套接字的知識點！
