C/C++面试:44---Linux下进程间通信的方式有哪些？

• Linux下进程间通信的方式有：
  • 管道
  • 消息队列
  • 信号
  • 信号量
  • 共享存储
  • 套接字

一、管道

• 管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道

PIPE无名管道

• 详情参阅：https://blog.csdn.net/qq_41453285/article/details/89376509
• 管道的实质是一个内核缓冲区：
  • 进程以先进先出的方式从缓冲区存取数据，管道一端的进程顺序的将数据写入缓冲区，另一端的进程则顺序的读出数据
  • 该缓冲区可以看做是一个循环队列，读和写的位置都是自动增长的，不能随意改变，一个数据只能被读一次，读出来以后在缓冲区就不复存在了
  • 当缓冲区读空或者写满时，有一定的规则控制相应的读进程或者写进程进入等待队列，当空的缓冲区有新数据写入或者满的缓冲区有数据读出来时，就唤醒等待队列中的进程继续读写
• 无名管道的特点：
  • 只支持单向数据流
  • 只能用于具有亲缘关系的进程之间
  • 没有名字
  • 管道的缓冲区是有限的(管道制存在于内存中，在管道创建时，为缓冲区分配一个页面大小)
  • 管道所传送的是无格式字节流，这就要求管道的读出方和写入方必须事先约定好数据的格式，比如多少字节算作一个消息(或命令，或记录)等等

FIFO命名管道

• 详情参阅：https://blog.csdn.net/qq_41453285/article/details/89472561
• 匿名管道，由于没有名字，只能用于亲缘关系的进程间通信。为了克服这个缺点，提出了有名管道（FIFO）
• FIFO是一种文件类型，其会创建管道文件让不同进程之间进行通信

二、消息队列

• 详情参阅：https://blog.csdn.net/qq_41453285/article/details/90575054
• 消息队列是消息的链接表，存储在内核中，由消息队列标识符标识
• 特点总结：
  • 消息队列是消息的链表，具有特定的格式，存放在内存中并由消息队列标识符标识
  • 消息队列允许一个或多个进程向它写入与读取消息
  • 管道和消息队列的通信数据都是先进先出的原则
  • 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。比FIFO更有优势
  • 息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺
  • 前主要有两种类型的消息队列：POSIX消息队列以及System V消息队列，系统V消息队列目前被大量使用。系统V消息队列是随内核持续的，只有在内核重起或者人工删除时，该消息队列才会被删除

三、信号

• 详情参阅：https://blog.csdn.net/qq_41453285/category_8841776.html
• 信号（Signals ）是Unix系统中使用的最古老的进程间通信的方法之一。操作系统通过信号来通知进程系统中发生了某种预先规定好的事件（一组事件中的一个），它也是用户进程之间通信和同步的一种原始机制。一个键盘中断或者一个错误条件（比如进程试图访问它的虚拟内存中不存在的位置等）都有可能产生一个信号。Shell也使用信号向它的子进程发送作业控制信号
• 常见的信号有：
  • SIGHUP：用户从终端注销，所有已启动进程都将收到该进程。系统缺省状态下对该信号的处理是终止进程
  • SIGINT：程序终止信号。程序运行过程中，按Ctrl+C键将产生该信号
  • SIGQUIT：程序退出信号。程序运行过程中，按Ctrl+\\键将产生该信号
  • SIGKILL：用户终止进程执行信号。shell下执行kill -9发送该信号（该信号不能被捕获）
  • SIGTERM：结束进程信号。shell下执行kill进程pid发送该信号（该信号可以被捕获）
  • SIGALRM：定时器信号
  • SIGCLD：子进程退出信号。如果其父进程没有忽略该信号也没有处理该信号，则子进程退出后将形成僵尸进程
• 信号是软件层次上对中断机制的一种模拟，是一种异步通信方式

四、信号量

• 详情参阅：
  • ​​​​​​​https://blog.csdn.net/qq_41453285/article/details/90601316
  • https://blog.csdn.net/qq_41453285/article/details/90612787
• 信号量是一个计数器，用于多进程对共享数据的访问，信号量的意图在于进程间同步
• 可以用来处理生产者与消费者之间的关系

PV操作

• P(SV)：如果SV的值大于0，就将它减1；如果SV的值为0，则挂起进程的执行
• V(SV)：如果有其他进程因为等待SV而挂起，则唤醒之；如果没有，则将SV加1
• 例如：
  • 初始化时二进制信号量SV的值为1
  • 此时进程A执行了P(SV)操作将SV减1，则进程B若再执行P(SV)则会被挂起
  • 当A执行完离开关键代码段之后，并执行V(SV)操作将SV加1，则会唤醒进程B开始执行

五、共享存储

• 详情参阅：https://blog.csdn.net/qq_41453285/article/details/90612807
• 共享存储允许两个或多个进程共享一个给定的存储区
• 共享存储不属于某一特定进程，申请时是由系统提供的，大家都可以使用
• 因为数据不需要在进程之间复制，所以这是最快的一种IPC结构：为了在多个进程间交换信息，内核专门留出了一块内存区，可以由需要访问的进程将其映射到自己的私有地址空间。进程就可以直接读写这一块内存而不需要进行数据的拷贝，从而大大提高效率
• 重点：父进程fork子进程或者exec执行一个新的程序。在子进程和新程序里面不会继承父进程之前使用的共享存储

共享存储的互斥问题

• 因为共享存储大家都可以使用，所以当有多个进程对共享存储进行操作时，需要控制好读写操作（也就是互斥操作）

六、套接字

• 套接字是一种通信机制，凭借这种机制，客户/服务器(即要进行通信的进程)系统的开发工作既可以在本地单机上进行，也可以跨网络进行
• 套接字的特性由3个属性确定：域，端口号，协议类型