Linux进程之间的通信机制（IPC）概述

Linux进程之间通信

为什么需要进程间通信？

进程间的通信（IPC）指的是两个任意的进程之间的通信。
同一进程在一个地址空间中，所以同一进程的不同模块，（不同函数，不同文件）之间都是很简单的。（很多时候都是全局变量、也可以通过函数形参来传递）
两个不同的进程处于不同的地址空间，因此想要相互通信很难，进程地址空间相互独立，每个进程各自有不同的用户地址空间，因此，进程间通信的成本是比较高的。若没有进程间通信，那么也就无法使用并发能力，无法实现进程间协同、传输数据、消息通知等。

什么样的程序设计需要进程间的通信

绝大多数的程序是不需要考虑进程间的通信的。因为大多数的程序都是单进程的（可以多线程），复杂的大型的程序，因为设计的需要就必须设计成多进程程序（我们整个程序就设计成了多个进程同时工作来完成的模式。）比如说GUI　服务器。ＩＰＣ技术在一般的中小型程序中用不到，在大型程序中才会用到

Linux 内核提供多种进程间的通信

• 无名管道和有名管道

  无名管道，又称为pipe，只适用于父子进程之间的通信。它是一个存在于内存中的文件，对它的读写操作需要通过两个已经打开的文件进行，分别代表管道的两端。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。

  有名管道，又称为FIFO（First In First Out），是一种在文件系统中可见的管道，可以在任意两个进程之间进行通信。它就如同一个独立的文件系统，有其自己的数据结构。有名管道通过mkfifo命令在文件系统中创建，以文件的形式存在，可以通过路径名来访问。
  无论是无名管道还是命名管道，它们都采用半双工通信方式，即只能以只读或者只写的方式打开，不能同时进行读写操作。因此，对管道进行操作时需要同时打开两个进程，一个负责读，一个负责写。
  无名管道Demo

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main() {
    // 创建无名管道
    int pipefd[2];
    if (pipe(pipefd) == -1) {
        perror("pipe 创建失败");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 在子进程中写入数据到管道
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork 创建失败");
        exit(EXIT_FAILURE);
    } else if (pid == 0) { // 子进程
        close(pipefd[0]); // 关闭读端
        const char *message = "Hello, world!";
        write(pipefd[1], message, strlen(message)); // 写入数据到管道
        close(pipefd[1]); // 关闭写端
        exit(EXIT_SUCCESS);
    } else { // 父进程
        close(pipefd[1]); // 关闭写端
        char buffer[256];
        read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer)); // 从管道中读取数据
        printf("Received from child process: %s\n", buffer);
        close(pipefd[0]); // 关闭读端
        wait(NULL); // 等待子进程结束
    }

    return 0;
}

有名管道的使用方法：固定一个文件名，两个进程分别使用mkfifo 创建fifo文件，然后分别open打开获取到fd，然后一个读一个写

有名管道Demo
一个进程向管道写入数据

#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
  
#define FIFO_FILE_PATH "my_fifo"  
#define BUFFER_SIZE 1024  
  
int main() {  
    int fd;  
    char buffer[BUFFER_SIZE];  
    // 创建有名管道  
    mkfifo(FIFO_FILE_PATH, 0666);  
    // 打开管道为写模式  
    fd = open(FIFO_FILE_PATH, O_WRONLY);  
    if (fd == -1) {  
        perror("open");  
        exit(1);  
    }  
    // 向管道写入数据  
    const char *msg = "Hello, FIFO!";  
    write(fd, msg, strlen(msg));  
    close(fd);  
    printf("进程A已经向有名管道中写入了数据\n");
    return 0;  
}

一个进程向管道读取数据

#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
  
#define FIFO_FILE_PATH "my_fifo"  
#define BUFFER_SIZE 1024  
  
int main() {  
    int fd;  
    char buffer[BUFFER_SIZE];  
      
   
    // 打开管道为读模式  
    fd = open(FIFO_FILE_PATH, O_RDONLY);  
    if (fd == -1) {  
        perror("open");  
        exit(1);  
    }  
      
    // 从管道读取数据并打印到控制台  
    while (1) {  
        ssize_t bytesRead = read(fd, buffer, BUFFER_SIZE);  
        if (bytesRead <= 0) {  
            break;  // 如果没有数据可读，则退出循环  
        }  
        buffer[bytesRead] = '\0';  // 添加字符串终止符  
        printf("%s", buffer);  // 打印读取的数据到控制台  
    }  
    close(fd);  
    return 0;  
}

注意事项： 进程A向管道写入数据之后，并不会立即结束，而是在等被读取，才进行下一步，即return结束。
进程B读取之后，pipe的数据就会被删除，即写一次 读一次 清空

• System VIPC ：信号量 消息队列 共享内存
  1.信号量（Semaphore）：信号量是一种用于控制多个进程对共享资源的访问次数的计数器。它是一个整数值，通常用于保护某些临界资源，以确保一次只有一个进程能够访问这些资源。信号量的值可以增加或减少，通过信号量的值，进程可以判断是否可以访问共享资源。如果信号量的值为0，则表示当前没有进程可以访问共享资源；如果信号量的值大于0，则表示当前有进程可以访问共享资源。
  2.消息队列（Message Queue）：消息队列是一种用于进程间通信的机制，类似于一个队列，其中可以存储不同类型的数据。一个进程可以将消息添加到队列中，而另一个进程可以从队列中读取消息。每个消息都有一个类型和一个数据部分，进程可以根据消息的类型来决定如何处理消息。消息队列提供了一种可靠的、有序的通信方式，并且可以在不同的进程之间传递数据。
  3.共享内存（Shared Memory）：共享内存是一种使多个进程可以访问同一块物理内存的机制。通过共享内存，多个进程可以读取和修改同一块内存区域，从而实现数据共享和通信。共享内存的访问权限可以通过一些机制来控制，例如访问权限位图或访问控制表。共享内存是一种非常快速的IPC方式，因为访问用户空间的内存的操作是非常快的。但是，需要谨慎地处理对共享内存的访问，以避免出现竞态条件和死锁等问题。