Linux进程间通信方式

Linux使用的进程间通信方式主要有6种：
（1）管道（pipe）和有名管道（FIFO）
（2）信号（signal）
（3）消息队列(报文队列)
（4）共享内存
（5）信号量
（6）套接字（socket)

一．   管道

管道是Linux支持的最初Unix IPC形式之一，具有以下特点：

·        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；

·        只能用于父子进程或者兄弟进程之间（具有亲缘关系的进程）；

·        单独构成一种独立的文件系统：管道对于管道两端的进程而言，就是一个文件，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，并且只存在与内存中。

·        数据的读出和写入：一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出。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。

有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信。FIFO不同于管道之处在于，它提供一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存在于文件系统中。这样，即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程，只要可以访问该路径，就能够彼此通过FIFO相互通信（能够访问该路径的进程以及FIFO的创建进程之间）。

值得注意的是，FIFO严格遵循先进先出（first in first out），对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如lseek()等文件定位操作。

二．   信号

信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟，所以也称为软中断，在原理上，一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求可以说是一样的。信号是异步的，一个进程不必通过任何操作来等待信号的到达。信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制。

信号事件的发生有两个来源：硬件来源(比如我们按下了键盘或者其它硬件故障)；软件来源，最常用发送信号的系统函数是kill()、raise()、 sigqueue()、alarm()、setitimer()以及abort()。linux主要有两个函数实现信号的安装，即设置信号关联动作：signal()、sigaction()。

三．   消息队列

消息队列就是一个消息的链表。可以把消息看作一个记录，具有特定的格式以及特定的优先级。对消息队列有写权限的进程可以向中按照一定的规则添加新消息；对消息队列有读权限的进程则可以从消息队列中读走消息。目前主要有两种类型的消息队列：POSIX消息队列以及系统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显示删除一个消息队列时，该消息队列才会真正被删除。因此系统中记录消息队列的数据结构（struct ipc_ids msg_ids）位于内核中，系统中的所有消息队列都可以在结构msg_ids中找到访问入口。

消息队列就是一个消息的链表。每个消息队列都有一个队列头，用结构struct msg_queue来描述。队列头中包含了该消息队列的大量信息，包括消息队列键值、用户ID、组ID、消息队列中消息数目等等，甚至记录了最近对消息队列读写进程的ID。读者可以访问这些信息，也可以设置其中的某些信息。

对消息队列的操作无非有下面三种类型：打开或创建消息队列 ，读写操作，获得或设置消息队列属性。

四．   共享内存

共享内存可以说是最有用的进程间通信方式。两个不同进程A、B共享内存的意思是，同一块物理内存被映射到进程A、B各自的进程地址空间。进程A可以即时看到进程B对共享内存中数据的更新，反之亦然。由于多个进程共享同一块内存区域，必然需要某种同步机制，互斥锁和信号量都可以。在内核中，共享内存机制有四种操作，即四个库函数: shmget()，shmat()，shmdt()和shmctl()

五．   信号量

共享内存为进程间通讯提供了一种效率很高的手段，但是这种机制所提供的只是狭义的通信手段，而并不提供进程间同步的功能。所以，共享内存作为广义的进程间通信手段需要有其他机制配合。同时，除共享内存外，还有其他需要共享资源的场合也需要进程间同步的手段。所以，原则上讲，只要两个进程直接共享某个资源，就得要同步的手段。信号量就是Linux中进程间同步手段。

与信号量有关的操作有三种：

semget():创建或寻找信号量

semop():信号量操作

semctl():信号量的控制与管理

六．   Socket通信

以上通信方式的应用局限在单一计算机内的进程间通信；基于BSD套接口（Socket）不仅可以实现单机内的进程间通信，还可以实现不同计算机进程之间的通信。一个socket在逻辑上有三个特征：网域，类型和规程，即创建socket的函数的三个参数：int socket(int domain, int type, int protocol);

网域表明这个socket用于哪个网络，AF_INET表示因特网，AF_UNIX是本地socket通信所用的。类型表明在网络中通信所遵循的模式，主要有两种：面向连接和无连接，即SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM两种。面向连接的报文传递是同步的，如tcp，无连接的是异步的，如udp。最后是规程，一般来说，网域和类型结合一起大致就确定了适用的规程。例如，网域是AF_INET，类型是无连接的，则规程基本上就是UDP了，一般默认填0。

 

参考资料：

《Linux内核情景分析》

http://www.cnblogs.com/linshui91/archive/2010/09/29/1838770.html

http://blog.csdn.net/liuzhanchen1987/article/details/7455208